具有本征非晶硅钝化层的薄膜硅/晶体硅异质结太阳能电池的研究

摘要

带有本征非晶硅薄层的异质结(Hetero-junction with Intrinsic Thin-Layer，HIT)太阳电池，兼有晶硅电池高效率和薄膜电池工艺简单的优势，成为全球光伏领域的研究热点。目前，日本Panasonic采用背接触技术将HIT电池的转换效率提升至25.6％，为世界最高水平。该电池实用面积为143.7cm2，厚度小于100μm，充分说明其在提高效率和降低成本方面的巨大潜能。而国内HIT电池的最高效率仅为17.36％(1.2cm2)，理论基础和产业化水平都比较落后。针对上述情况，本文主要围绕异质结电池的核心技术开展了以下研究工作:
　　(1)研究了本征室氢等离子体处理时间、本征非晶硅钝化层厚度和沉积条件对异质结电池性能的影响。在氢处理时间tH=50s，本征层厚度di=5nm，功率密度Pw=50mW/cm2，沉积气压Pr=0.5torr，硅烷浓度SC(％)=8％的优化参数下，制备的异质结电池开路电压达到673mV，转换效率达到9.106％。
　　(2)研究了退火对异质结太阳电池性能的影响。结果如下:对于无本征钝化层的异质结电池，随着退火时间的增加，电池性能先变好后变坏，在60min时退火效果最佳。这是由于适当时间的退火能减小界面缺陷态密度，改善电池电极接触性。对于具有本征钝化层的异质结电池，退火使电池性能变差。原因是:60min退火时间过长，使本征非晶硅薄膜晶化，薄膜中氢溢出，无法有效饱和界面悬挂键，影响本征层的钝化效果。
　　(3)为了提高FF，探索了电池制备工艺。分别是:
　　1）首在硅片正面先后沉积P型窗口层和ITO前电极，然后蒸镀铝背电极。
　　2）改变1）中ITO电极的溅射功率。
　　3）在1）中铝背电极蒸镀前，先溅射一层厚约50nm的ITO薄膜，形成双面ITO电池。
　　4）沉积P型窗口层后，先镀Al背电极后镀ITO前电极。
　　5）增加电池面积至2×2cm2，并在ITO前电极上引入铝栅线。经过对比分析后得知:用工艺1）制备的电池FF最高，性能最好。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 研究背景

1．1．1 能源问题

1．1．2 太阳能的优势

1．2 太阳能电池的研究进展

1．2．1 太阳能电池的发展过程

1．2．2 太阳能电池的分类

1．3 HIT电池简介

1．3．1 HIT太阳能电池的结构及原理

1．3．2 HIT电池的发展进程

1．4 文章主要内容

2 实验方法

2．1 沉积系统

2．1．1 等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统

2．1．2 磁控溅射仪

2．1．3 高真空蒸发镀膜仪

2．2 表征手段

2．2．1 椭圆偏振光谱仪

2．2．2 拉曼散射光谱仪

2．2．3 X射线衍射仪

2．2．4 I-V特性曲线

3 本征非晶硅钝化层对异质结电池性能的影响

3．1 实验方法

3．2 本征层厚度对异质结电池性能的影响

3．3 本征层功率密度对异质结电池性能的影响

3．4 本征层沉积气压对异质结电池性能的影响

3．5 单晶硅表面氢处理时间对异质结电池性能的影响

3．6 本征层硅烷浓度对异质结电池性能的影响

3．7 本章小结

4 退火处理对异质结电池性能的影响

4．1 退火时间对无本征钝化层异质结电池性能的影响

4．2 退火处理对有本征钝化层异质结电池性能的影响

4．3 本章小结

5 异质结太阳电池制备工艺的探索

5．1 无本征钝化层异质结电池的制备

5．2 改变ITO电极的溅射功率

5．3 双面ITO异质结电池的制备

5．4 先镀Al背电极后镀ITO正电极

5．5 具有栅线异质结电池的制备

5．6 本章小结

6 主要结论

参考文献

个人简历与硕士期间发表论文

致谢