黑硅太陽(yáng)電池技術(shù)研究.pdf_第1頁(yè)
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1、高效率低成本太陽(yáng)電池技術(shù)是普及光伏發(fā)電的關(guān)鍵的因素。目前光伏市場(chǎng)中,單晶硅電池由于較高的轉(zhuǎn)換效成為主流。過(guò)去,人們研發(fā)了多種高效率的單晶硅電池結(jié)構(gòu),使轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了較高水平,但高昂的生產(chǎn)成本限制了其在光伏領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。黑硅的發(fā)現(xiàn)及黑硅電池技術(shù)的發(fā)展,為低成本高效率電池的研發(fā)提供了有效的解決思路。
  黑硅是對(duì)入射光在較寬的波段范圍內(nèi)都有極低反射率的一種硅材料,這使黑硅電池相對(duì)普通晶體硅電池可以吸收并利用更多的太陽(yáng)光,從而可以獲

2、得更高的轉(zhuǎn)換效率。同時(shí)由于本身的低反射率特性,黑硅電池不需要制備減反射膜,就大大降低了生產(chǎn)成本?;谶@些特點(diǎn),黑硅電池成為光伏領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。但是由于特殊的表面納米結(jié)構(gòu)使黑硅電池的載流子復(fù)合遠(yuǎn)高于普通單晶硅電池,從而導(dǎo)致目前黑硅電池效率并沒(méi)有達(dá)到人們的預(yù)期。本文通過(guò)對(duì)黑硅電池載流子復(fù)合機(jī)制及光學(xué)特性進(jìn)行深入的理論分析,提出了新的鈍化工藝,并對(duì)整體的電池制備工藝進(jìn)行優(yōu)化,大幅度提升了黑硅電池的轉(zhuǎn)換效率。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:
  (

3、1)利用銀納米粒子輔助刻蝕方法成功在大尺寸(156×156mm2)單晶硅片表面制備出納米線結(jié)構(gòu),使表面反射率由11.62%降低至1.86%。研究了刻蝕時(shí)間對(duì)納米線尺寸及反射率的影響。為了改善納米結(jié)構(gòu)均勻性,我們對(duì)刻蝕工藝進(jìn)行改進(jìn):將銀粒子沉積與表面刻蝕過(guò)程分步進(jìn)行,使納米線分布均勻性改善的同時(shí),進(jìn)一步降低了黑硅樣品的反射率。采用KOH二次腐蝕的方法對(duì)納米線結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)制,使納米線長(zhǎng)度和間距可以在更大范圍內(nèi)變化,為電池制備過(guò)程中工藝調(diào)整提供

4、了更廣泛的選擇空間。
  (2)利用刻蝕后的黑硅硅片制備了黑硅電池。為了對(duì)比黑硅電池性能,同時(shí)制備作為參比的普通單晶硅電池。利用準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)光電導(dǎo)(QSSPC)測(cè)試研究了黑硅電池的載流子復(fù)合壽命,并結(jié)合電池發(fā)射極摻雜濃度分布曲線系統(tǒng)分析了載流子復(fù)合機(jī)制。通過(guò)比較兩種電池的I-V特性、內(nèi)量子效率及電致發(fā)光圖,分析了黑硅電池電學(xué)性能較差的原因:嚴(yán)重的表面復(fù)合以及發(fā)射極俄歇復(fù)合使其載流子壽命顯著降低,抑制了開(kāi)路電壓、短路電流及其短波響應(yīng),最終

5、導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率較低。
  (3)為解決黑硅電池表面嚴(yán)重的載流子復(fù)合問(wèn)題,我們嘗試采用了不同的鈍化方案:采用高溫?zé)嵫趸g化制備黑硅電池,并分析了不同鈍化溫度對(duì)電池性能的影響;為了能抑制高溫使電池產(chǎn)生的熱缺陷,首次將高壓熱氧化鈍化的方法運(yùn)用于大尺寸黑硅電池;我們通過(guò)制備SiO2/SiNx∶H疊層鈍化膜,利用具有較低界面態(tài)密度的Si-SiO2界面抑制了表面復(fù)合速率,改善了黑硅電池的短波IQE,并且利用SiNx∶H中H的鈍化作用抑制發(fā)射極表

6、面及體復(fù)合,使轉(zhuǎn)換效率達(dá)到17.1%。為了簡(jiǎn)化工藝,并節(jié)約成本,我們采用熱氧化的方法對(duì)黑硅電池進(jìn)行鈍化。
  (4)我們針對(duì)每一步黑硅電池制備工藝進(jìn)行優(yōu)化,使電池效率穩(wěn)步提升:優(yōu)化擴(kuò)散工藝,尋求表面低摻雜濃度與減小接觸電阻最佳工藝;調(diào)整納米線的尺寸,在反射率和表面載流子復(fù)合之間尋求最佳平衡工作點(diǎn);增大柵線密度同時(shí)保證較小遮擋面積和串聯(lián)電阻,盡量減小載流子在發(fā)射極高復(fù)合區(qū)的輸運(yùn)距離;改進(jìn)黑硅刻蝕工藝;對(duì)黑硅電池發(fā)射極使用TMAH溶液

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