黑硅材料的制备及其电池性能的研究

摘要

通过对硅片表面织构化处理方法的研究比较，发现具有织状结构的黑硅，在很宽的波长范围内，对入射太阳光都有很高的吸收率和很低的反射率。这减少了太阳光与硅片存在的光谱不匹配对电池效率提高的影响，这个技术在提高太阳能电池效率方面有极大的应用。 本课题采用金属辅助化学腐蚀法，研究了不同腐蚀条件、不同工艺下，黑硅的微观结构变化及其对太阳光反射率的影响。对腐蚀原理进行分析并对腐蚀过后的硅片进行反射率、表面断面形貌进行表征，结果表明，采用硝酸银作为活性位点，双氧水为氧化剂，氟化氢为腐蚀剂，在超声辅助的作用下，对P型多晶硅进行腐蚀，最终得到黑硅。通过对不同工艺（硅片切割方式、是否超声、腐蚀时间）条件下，黑硅的表面形貌进行SEM表征，并研究织状结构对黑硅反射率的影响，发现，用金刚线切割的硅片在超声条件下腐蚀60S时，硅片表面织状结构长度约为1μm，此时在300nm-1100nm的波长范围内，黑硅的反射率最低值为2.6％，都优于其他工艺条件下的对应值。出现这种情况的主要原因是，银粒子作为活性位点，加快硅片纵向腐蚀速率，此时在硅片表面生成的陷光结构最有利于入射太阳光在硅片表面的二次反射，这大大降低了硅片的反射率，且增加了电池的短路电流密度，有利于电池光电转换效率的提高。 目前PN结的制备以三氯氧磷为磷源，该方法对设备要求高，所消耗时间长，并且原料有剧毒，会对环境造成严重污染。基于对渗磷原理的研究，本课题选取磷酸作为磷源，对退火设备方案进行简易化处理，通过对退火过程中温度、时间等的探索，最终得出当磷源浓度为5％，退火温度为900℃，退火时间为5min时，黑硅电池片有最高的光电转换效率10.5％。相比于原硅片的效率9.6％而言，其效率值提高了9.4％。产生这种变化的主要原因是，在该条件下，黑硅电池片有良好的PN结质量，这有效地减少了载流子的复合速率;且有较低的方阻值，使得填充因子的值有一定的提高，这就有效地提高了电池片的光电转换效率。

目录

摘要

1．1研究背景及意义

1．2太阳能电池的发展及种类

1．2．1太阳能电池的发展

1．2．2太阳能电池的种类

1．2．3晶硅电池的增效研究

1．3黑硅太阳能电池

1．3．1黑硅的概述

1．3．2黑硅的制备方法

1．3．3金属辅助腐蚀法的应用及改进

1．4 PN结的制备

1．4．1 PN结的制备方法概述

1．4．2热扩散法的不足

1．5本文主要研究思路

2．1实验原料

2．2实验仪器

2．2．1实验装置

2．2．2实验步骤

2．3实验方案

2．3．1硅片腐蚀

2．3．2制备PN结

2．3．3制备电极

2．4仪器测试方法

2．4．1反射率测试

2．4．2少子寿命测试

2．4．3场发射电子显微镜(FESEM)测试

2．4．4方阻测试

2．4．5量子效率测试

2．4．6电池效率测试

3．1引言

3．1．1黑硅的制备方法

3．1．2黑硅的制备原理

3．2腐蚀液的选择与优化

3．2．1活性位点的选择

3．2．2HF与氧化剂浓度配比

3．3不同工艺对黑硅腐蚀情况的影响

3．3．1硅片的切割方式对其腐蚀情况的影响

3．3．2超声辅助对黑硅制备的影响

3．3．3腐蚀时间对黑硅腐制备的影响

3．4本章小结

4．1引言

4．2 PN的制备原理及工艺

4．2．1 PN结的制备原理

4．2．2退火温度对PN结性能的影响

4．2．3磷酸浓度对PN结性能的影响

4．2．4退火时间对PN结性能的影响

4．2．5腐蚀时间对PN结性能的影响

4．3不同因素对黑硅电池光电转换效率的影响

4．3．1不同腐蚀时间对电池光电转换效率的影响

4．3．2不同退火温度对光电转换效率的影响

4．4黑硅电池性能的提高

4．4．1黑硅电池与原硅片暗电流图对比

4．4．2黑硅电池与原硅片外量子效率图对比

4．4．3黑硅电池与原硅片光电转换效率图对比

4．5本章小结

第5章全文总结与展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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