硅基太陽能電池陷光材料及陷光結(jié)構(gòu)的研究.pdf

1、本論文從兩方面研究了硅基太陽能電池的陷光材料與陷光結(jié)構(gòu)： l、晶體硅太陽能電池表面織構(gòu)及陷光效果的研究(包括多晶硅絨面電池的制作)晶體硅太陽能電池包括單晶硅和多晶硅。對于單晶硅絨面用NaOH堿液腐蝕就可以得到理想的絨面結(jié)構(gòu)，從而降低了其表面光的反射，提高了電池效率；多晶硅電池的出現(xiàn)主要是為了降低成本，其材料制作成本低于CZ材料。多晶硅太陽電池由于多晶硅晶粒取向的多樣性，不能用傳統(tǒng)的單晶硅絨面制備技術(shù)。多晶硅各個晶粒的晶向不一樣，

2、使用堿腐蝕，僅能在(100)取向的晶粒上得到好的金字塔表面，不能在其它取向的晶粒上得到很好的金字塔形貌。許多研究者在多晶硅的表面織構(gòu)化方面做了很多探索，其中酸腐蝕技術(shù)最有可能應用于大面積多晶硅太陽電池的工業(yè)化生產(chǎn)。酸腐蝕技術(shù)的優(yōu)點是工藝簡單，不需要特定的反應裝置，成本低，適于工業(yè)生產(chǎn)。酸腐蝕技術(shù)存在的問題是：穩(wěn)定腐蝕條件；進行大面積制作；將多晶硅絨面應用于電池。 本論文主要解決了以下問題： (1)本論文采用酸化學腐蝕法，

3、對絨面的腐蝕液成份按高HF低HN03和低HF高HN03分別進行實驗，找到了一個可以制作出良好絨面的腐蝕液配比范圍； (2)在大量實驗的基礎上，研究了絨面微結(jié)構(gòu)形成機理，首次提出多晶硅絨面均勻形貌形成的機制及控制反應的關鍵點； (3)優(yōu)化絨面腐蝕條件，制備大面積絨面，反射率為5．25％： (4)探索該絨面應用于多晶硅太陽能電池的工藝路線及處理條件。在電池制備條件較差的實驗條件下，制備了尚未優(yōu)化的多晶硅絨面電池(未鈍

4、化、無背電場)，效率已達到8％。達到目前國內(nèi)報道的多晶硅絨面電池效率水平； (5)在嘗試了多種方法的基礎上，首次提出①多晶硅絨面電池的擴散工藝中的關鍵問題及改進方法；②電極燒結(jié)條件與絨面微結(jié)構(gòu)的關系。 2、薄膜微晶硅(μc：Si：H)太陽能電池陷光結(jié)構(gòu)及透明電極材料及其織構(gòu)化的研究在微晶硅薄膜pin結(jié)構(gòu)太陽能電池的制作中，光生電子和空穴主要在i層產(chǎn)生，因此要求i層應盡量多的吸收入射的太陽光才可以得到更多的光生載流子。顯然

5、增加光在i層通過的路徑可以增加入射光的利用率。但如果i層太厚，微晶硅薄膜電池的成本會增加，因此又希望盡可能地減小i層的厚度以降低沉積時間和成本。 實驗和理論均已證明，在電池中引入陷光結(jié)構(gòu)可以有效地減小吸收層的厚度進而減少了沉積時間。在pin結(jié)構(gòu)電池中，陷光結(jié)構(gòu)是聯(lián)合前電極TCO的表面織構(gòu)和高的背反射電極來實現(xiàn)的。岡此，硅基薄膜太陽能電池的透明電極(TCO)對于提高電池的轉(zhuǎn)換效率起著十分重要的作用。它要求具有極低的光、電損失、高透

6、過率和低電導率以及在氫等離子體轟擊下保持較好的穩(wěn)定性：同時由于微晶硅的光吸收系數(shù)比較低，硅基薄膜太陽能電池需要利用TCO膜的陷光效應，即在玻璃襯底上制備滿足光散射特性的絨面透明導電膜以增大電池的短路電流和入射光在電池中的光程。因此將前電極TCO作成凸凹不平的絨面結(jié)構(gòu)使入射光在進光面不斷發(fā)生漫散射或發(fā)生多次反射，這樣光通過電池i層的有效路徑增加了，從而提高了入射光的收集效率，電池光譜響應明顯提高。 本研究ZnO：AL透明導電薄膜的

7、制備采用直流磁控濺射的方法，要求靶是金屬靶，且整個過程敏感于氧分壓，條件不易撐握。另一個難題是，用稀鹽酸織構(gòu)化后，膜的光電性能應不發(fā)生改變且織構(gòu)表面要具有好的陷光效果。 本論文主要解決了以下問題： (1)采用直流磁控濺射的方法，用金屬鋅、鋁合金靶在普通玻璃襯底上制得ZnO：AL透明導電薄膜。從材料的結(jié)晶特性上作了大量研究，找到了一個相對穩(wěn)定的條件，使采用反應直流濺射的方法也能制備出光電性能優(yōu)異ZnO：AL膜?？梢姽馔高^率

8、在85％以上，電阻率達7×10<'40>cm，達國際先進水平； (2)用稀鹽酸制絨后表面SEM形貌與國外文獻報道的結(jié)果一致，且腐蝕前后電學性質(zhì)變化不大，國內(nèi)還末見類似報到； (3)用本研究制備的ZnO：AL膜在南開大學光電子所制備微晶硅薄膜太陽能電池，所有樣品均顯示出絨面ZnO：AL膜的效率高于光面ZnO:AL膜的。有絨面陷光結(jié)構(gòu)的效率在5.6％左右，無絨面的效率為4.5％左右。 (4)在PVSECl5國際光伏會