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基于化学腐蚀法制备的纳米线黑硅太阳能电池及其性能优化认领

被引量： 1

作者：

洪淼

学位授予单位：

上海理工大学

摘要：

进入21世纪,煤、石油、天然气等常规能源将在2050年前后面临枯竭。而太阳能作为一种取之不尽,用之不竭的清洁能源正得到越来越广泛的应用。依据所用材料不同,太阳能电池可以分为:单晶硅太阳能电池,多晶硅太阳能电池,有机太阳能电池,多元化合物薄膜太阳能电池,异质结叠层太阳能电池等,其中单晶硅太阳能电池是最早研究的,也是目前发展最迅速和最成熟的,在实际应用中占主要地位。制约单晶硅太阳能电池光电转化效率的因素主要有两点:1,过高的表面反射率导致的入射光损失;2,电池内部和表面的复合效应导致光生载流子无法被有效收集。为了提高单晶硅太阳能电池的转化效率,本文从降低表面反射率和抑制光生载流子两方面进行研究:(1)采用金属催化化学腐蚀法制备特征尺寸为纳米量级的纳米线结构来降低表面反射率。我们首先系统的进行了金属催化化学腐蚀法制备纳米线的实验;然后分析其反应机理、影响因素、生成物输运等腐蚀特性,并采用表面反射率测试,电子扫描显微镜观察等方式来检测制备的黑硅材料的性能;最后将纳米线与传统的金字塔结构相结合,制备出具有微米/纳米混合尺寸的黑硅结构;结果表明,这种结构可以有效的将表面反射率降低在5%以下;(2)采用四甲基氢氧化铵溶液在磷扩散之后对黑硅表面进行再腐蚀,以此来抑制光生载流子的复合。我们首先系统的分析了四甲基氢氧化铵溶液对单晶硅表面的各向异性腐蚀特性;经过磷扩散之后采用该溶液再腐蚀黑硅材料的表面,减少由热扩散引起的“死层”的厚度,并通过电子扫描显微镜观察与表面少子寿命测试的方法来验证黑硅表面形貌的改变以及少子寿命的提升;结果表明,腐蚀之后的黑硅材料表面少子寿命大幅度提升,光生载流子的复合被有效抑制。最后,我们对黑硅太阳能电池的制备工艺如:TMAH溶液的腐蚀时间、表面钝化层的选择等逐一优化,利用优化后的工艺参数进行黑硅太阳能电池的实际制备,并对电池的少子寿命、表面反射率、I-V特性、量子效率进行测试与分析。结果表明:扩散之后使用TMAH溶液对表面进行再腐蚀,可以同时抑制表面复合与俄歇复合,提升光生载流子的收集效率,从而使黑硅太阳能电池的开路电压、短路电流以及量子效率均得到提升。最终的光电转化转换效率由未腐蚀前的12.2%提升到腐蚀后的15.5%,并高于同批次制备的传统碱制绒太阳能电池的15.3%。

摘要译文

关键词：

金属催化化学腐蚀; 黑硅; 太阳能电池

学位年度：

2016

学位类型：

硕士

学科专业：

光学工程

中图分类号：

TM914.41;TM914.4[太阳能电池⑨]

学科分类号：

080709[储能科学与工程];080809[新能源发电与电能存储]