硅纳米线/硅薄膜异质结太阳电池制备及性能研究

摘要

光伏技术被认为是能够避免全球发生能源大危机以及环境大污染的主要途径。目前，由于硅基太阳电池涉及的昂贵制备费用使得大范围采用光伏发电变得不可能。不过硅纳米线径向结电池由于具有优良的减反性能以及独特高效的载流子分离机制，被认为在实现高效与低成本电池方面具有较为广阔的发展前景。所以对硅纳米线径向结电池的研究显得十分有意义。本课题主要研究了硅纳米线/硅薄膜异质结太阳电池的制备工艺以及性能优化。
　　本文首先采用金属辅助化学刻蚀法制备硅纳米线阵列，然后通过等离子增强化学气相沉积（PECVD）技术制备本征与p型掺杂氢化非晶硅薄膜，形成径向p-i-n异质结，最后为了有效地传递与收集载流子，需在非晶硅薄膜基础上通过磁控溅射制备掺铝氧化锌（AZO）透明导电薄膜，以形成径向异质结电池结构。首先为了制备共形沉积的非晶硅以及AZO薄膜以形成形貌良好的径向电池结构，研究了纳米线上非晶硅薄膜以及AZO薄膜的沉积形貌，一方面重点研究了硅纳米线长度及非晶硅沉积时间对纳米线上非晶硅薄膜沉积形貌的影响规律；另一方面重点研究了AZO沉积时间及氢氧化钾刻蚀时间对纳米线上AZO薄膜沉积形貌的影响规律，并通过紫外-可见光光度计分析讨论了硅纳米线阵列的光学性能，确定了制备最佳径向电池结构的工艺方案。此外，为了减小异质结界面载流子复合，在现有设备的基础之上，通过改变硅烷浓度以及沉积气压等影响本征薄膜性能的沉积参数，制备了一系列本征氢化非晶硅薄膜，并利用一系列表征手段对薄膜进行性能表征，找到了不同工艺参数对薄膜性能的影响规律，确定了薄膜制备的最佳工艺方案，从而制备出适合作为电池本征钝化层的氢化非晶硅薄膜。最后在前面研究的基础上，制备一系列电池器件，对这些电池器件进行比较研究，结果表明：在加入本征钝化层后，经过氢氧化钾刻蚀后得到的纳米锥电池性能有了较大的改善。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究目的和意义

1.2 硅纳米线阵列的优势

1.3 基于硅纳米线阵列的光伏应用研究现状

1.4 本文的主要研究内容

第2章 样品的制备和性能表征

2.1 硅纳米线阵列的制备

2.2 薄膜制备

2.3 性能表征

第3章 硅纳米线上薄膜制备与性能表征

3.1 引言

3.2 硅纳米线制备与性能表征

3.3 硅纳米线上薄膜制备与性能表征

3.4氢氧化钾刻蚀对薄膜制备的影响

3.5 本章小结

第4章 本征非晶硅薄膜的制备与性能表征

4.1 引言

4.2 实验安排

4.3 实验结果分析

4.4 本章小结

第5章 异质结电池制备与表征

5.1 引言

5.2 电池制备

5.3 电池性能表征

5.4 本章小结

结论

参考文献

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致谢