氧碳含量对太阳电池光电转换效率影响的研究

摘要

本文主要研究了太阳电池用直拉硅片中氧碳含量对太阳电池光电转换效率的影响.主要工作包括三个部分:首先研究了不同温度的热退火对于硅片氧碳含量和少子寿命的影响,然后将热处理过程应用于常规太阳电池的制备工艺,制出太阳电池.比较两种工艺过程太阳电池的性能.作为该项研究的先期工作,首先以p型(100)太阳电池用直拉硅片为实验样品,摸索出热退火的最佳处理温度;然后用常规工艺制备了单晶硅太阳电池,测试效率;结果发现用经过热处理的硅片衬底制备的太阳电池比用没有经过热处理的硅片衬底制备的太阳电池其效率有明显改善.将太阳电池样品分别用PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)做减反射膜,用FG(Forming Gas)烧结,测试电池性能,发现用PECVD处理后电池效率有所提高,用FG烧结后同样有所改善.其次,研究了太阳电池用硅片中碳的热行为以及热处理过程中碳对硅片中氧沉淀和少子寿命的影响.其主要目的是通过不同温度的热处理,发现碳对氧沉淀影响的规律,以及热处理过程中硅片样品少子寿命的变化.作为本文的主要内容,对影响太阳电池光衰减的主要因素-硼、氧进行了研究.文中首先介绍了掺硼单晶硅太阳电池的光照衰减问题及衰减机制,然后以p型掺硼单晶硅为实验样品,经过不同温度的热处理,对影响光衰减的主要因素硼、氧进行了研究.上述研究工作表明:为了避免光衰减,提高硅片少子寿命,应该选择低氧浓度的硅片,并降低硼的掺杂浓度,即:使用高阻材料制作太阳电池.上述工作对研究太阳电池用直拉硅片中氧碳含量对太阳电池光电转换效率提供了良好的依据,为进一步改善太阳电池的性能奠定了基础.

目录

文摘

英文文摘

符号说明

第一章序言

§1-1全球能源形势

1-1-1.能源危机

1-1-2.太阳能的优势

§1-2太阳电池的发展

1-2-1.太阳电池发展历史和现状

1-2-2.太阳电池的研究概况

1-2-3.世界太阳电池的分类及份额

§1-3本文的主要研究内容

1-3-1.硅中氧的基本性质

1-3-2.硅中碳的基本性质

1-3-3.本文的主要研究内容

第二章硅太阳电池的基本原理

§2-1光电转换过程

2-1-1.光的反射与折射

2-1-2.半导体中的光吸收

2-1-3.PN结的形成

2-1-4.PN结的光生伏特效应

§2-2半导体中的复合过程

2-2-1.直接复合

2-2-2.间接复合

2-2-3.俄歇复合

2-2-4.表面复合

§2-3硅太阳电池的原理方程

2-3-1.理想PN结的伏安特性

2-3-2.硅太阳电池的基本结构与工作原理

2-3-3.硅太阳电池的基本特征参数

2-3-4.硅太阳电池的基本特性

第三章太阳电池制备工艺及测试方法

§3-1常规太阳电池制备工艺

3-1-1.化学清洗

3-1-2.扩散

3-1-3.真空蒸镀法的基本原理和设备

3-1-4.电池的钝化

§3-2测试与分析

3-2-1.光电导衰减法(PCD)测试硅片少子寿命

3-2-2.傅立叶变换红外光谱仪测试硅片氧碳含量的变化

3-2-3.光学显微镜观察硅片腐蚀后的形貌

3-2-4.电池性能测试与分析(I-V曲线)

3-2-5.电池的QE测量

第四章热处理对太阳电池用直拉硅片中氧的热行为及太阳电池转换效率影响的研究

§4-1直拉硅片中氧的性质概述

4-1-1.氧的来源

4-1-2.氧在不同温度下热处理的性质

§4-2太阳电池用硅片中氧的热行为的研究

4-2-1.实验样品

4-2-2.实验步骤

§4-3实验结果与分析

4-3-1.热处理

4-3-2.电池效率

4-3-3.光谱响应的比较结果

4-3-4.氮化硅钝化

4-3-5.FG处理

§4-4小结

第五章太阳电池用直拉硅片中碳的热行为及对氧沉淀的影响

§5-1硅中碳和氧沉淀的性质概述

5-1-1.碳的来源

5-1-2.碳的基本性质

5-1-3.碳的有害性及对硅材料和器件的影响

5-1-4.氧沉淀的性质

5-1-5.碳对氧沉淀的作用

§5-2太阳电池用硅片中碳对氧沉淀及对少子寿命影响的研究

5-2-1.实验样品

5-2-2.实验步骤

§5-3实验结果与分析

5-3-1.氧碳含量和少子寿命的变化

5-3-2.观察结果

§5-4小结

第六章太阳电池用直拉硅片硼和间隙氧的研究

§6-1太阳电池光衰减

6-1-1.光衰减的研究

6-1-2.引起光衰减缺陷的成分

§6-2太阳电池光衰减的主要因素硼、氧的研究

6-2-1.硅中氧的性质

6-2-2.实验样品

6-2-3.实验步骤

§6-3实验结果与分析

6-3-1.氧碳含量和少子寿命的变化

6-3-2.影响光衰减的缺陷中心的反应

§6-4小结

第七章总结

参考文献

致谢

攻读学位期间所取得的相关科研成果