金属氧化物在晶硅太阳能电池表面的制备及其增效性能研究

摘要

太阳能是取之不尽，用之不竭的，这意味着利用它对人类未来的发展至关重要，尤其是在有限的化石能源当道的今天。近几十年来，晶硅太阳能电池的光电转换效率明显提高，但其普遍应用和进一步的发展，受到高成本和复杂制造工艺的限制。近年来，对于半导体金属氧化物增效晶硅太阳能电池的研究，成为太阳能电池增效的研究热点。 本文以旋涂法和快速热处理的方法为核心，在晶硅太阳能电池片表面和背面，分别沉积生长了Sb2Ox/Cd和MoO3金属氧化物薄层，形成了Sb2Ox/CdO/p-Si/MoO3复合电池结构。我们通过场发射扫描电子显微镜分析仪(FESEM)、X-射线粉末衍射分析仪(XRD)、X-射线光电子能谱分析(XPS)、固体紫外-可见-近红外漫反射光谱分析仪（UV-VIS-NIR）、半导体材料少数载流子寿命测量仪、四探针测试仪对薄膜结构、形貌、光学性能及少子寿命、方块电阻等方面进行表征。利用太阳光模拟器、太阳电池光谱响应/量子效率(QE)/IPCE测试系统以及电化学工作站，测试了复合电池的光电转换性能。 在我们的研究中，属于宽带隙半导体的Sb2Ox和CdO的金属氧化物层在电池x部与硅形成异质结结构，充电电子传输层，起到了载流子传输，减反射和钝化层的作用。异质结结构产生更强的内建电场，促使载流子更好地分离和传输。CdO纳米颗粒层具有粗糙的表面，这使得入射光能在表面发生多次的折射和散射。同时，Sb2Ox具有具有额的宽带隙(～3.44eV)使太阳光谱的吸收被扩展到～360nm，因此更多的高能光子被吸收并转换成有用的电荷载流子。MoO3是一种宽带隙(～3.3eV)并具有高功函数(～6.3eV)的过渡金属氧化物，它作为空穴选择层生长在电池片背面，能使背电场的电势能进一步提高，起到阻挡电子传输空穴的作用。MoO3作为背电场钝化层减少了载流子在背表面的复合，进而提高效率。 在我们的实验中，短路电流（30.426mA/cm-2），开路电压(0.558V)，填充因子(58.67％)以及外量子效率和内量子效率方面，均可以看到明显的增加。多晶硅太阳能电池的最终转换效率，在原有的基础上提高了18.03％，实验简化了电池片的工艺条件，降低了成本。

目录

摘要

1．1课题背景

1．2晶硅太阳能电池

1．2．1晶硅太阳能电池工作原理

1．2．2制约晶硅太阳能电池发展的难题

1．3晶硅太阳能电池增效新技术研究进展

1．3．1电子选择性接触材料的选择及电池性能

1．3．3 TMO／c-Si电池中的载流子分离机理

1．3．4载流子在TMO／c-Si界面的输运过程

1．3．5研究现状

1．4选题意义及研究内容

第2章实验及表征

2．1实验试剂及仪器设备

2．2样品的制备

2．2．1晶硅电池片的准备

2．2．2氧化镉纳米晶生长

2．2．3氧化锑纳米晶生长

2．2．4氧化钼纳米晶的制备

2．3样品表征

2．3．1场发射扫描电子里微镜(FESEM)

2．3．4少数载流子寿命测试

2．3．5方块电阻测试

2．3．6量子效率测试

2．3．7光电流密度-电压曲线

2．3．8电化学阻抗谱

第3章Sb2Ox／CdO／p-Si复合太阳能电池及光电性能研究

3．1引言

3．2实验部分

3．3结果与讨论

3．3．1不同浓度的Cd(Ac)2和Sb(Ac)3对少子寿命和表面方阻的影响

3．3．2不同退火温度的CdO和Sb2Ox薄层对晶硅片光电性能的影响

3．3．3 Sb2Ox／CdO／p-Si复合太阳能电池光电性能表征

3．3．4 Sb2Ox／CdO／p-Si复合太阳能电池增效机理分析

3．4本章小结

第4章MoO3钝化晶硅太阳能电池背电场的增效机理研究

4．1引言

4．2实验部分

4．3结果与讨论

4．3．2不同退火时间和温度对MoO3层光电性能的影响

4．3．3 MoO3／p-Si复合太阳能电池光电性能表征

4．4本章小结

第5章全文总结

参考文献

致谢

攻读学位期间取得的研究成果

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