晶体硅太阳电池背场的铝硼共掺研究与含亚微米级发光颗粒的染料敏化太阳电池的光伏性能研究

摘要

提高太阳电池表面钝化的质量、降低表面复合速率已成为提高太阳电池效率的主要手段之一，铝背场是当今晶体硅太阳电池普遍采用的电池背表面钝化结构，具有良好的欧姆接触，并且能够有效地降低电池背面的表面复合率。对于背钝化晶体硅太阳电池而言，局域背表面场可以进一步降低表面复合，减少硅片翘曲。为了降低太阳电池的成本，染料敏化太阳电池已成为一个新的研究热点。染料敏化太阳电池的光电转换效率比晶硅电池低，为了提高染料敏化太阳电池的转换效率，在光阳极中加入亚微米级发光颗粒进行光学性能改性。在本论文中，我们主要研究了以下几个方面:
　　首先采用磁控溅射在单晶硅上制备铝膜和铝硼膜，用快速退火的方式热处理不同时间和不同温度，制备晶体硅太阳电池背场，对比了两种方法制备的铝背场，研究其形貌、电学性能和掺杂浓度。二次离子质谱法(SIMS)测试结果表明，在硅背表面深2μm的地方硼原子浓度为1.2×1019atoms/cm3，同一深度的铝原子浓度为2.0×1018atoms/cm3;铝硼膜制备的铝硼背场与铝膜制备的铝背场相比方块电阻更低，掺入硼降低了方块电阻，这说明硼的掺入能够有效地降低晶体硅太阳电池背场的方块电阻。
　　然后采用磁控溅射在SiO2/SiNx∶H钝化的硅片上溅射Al+B(1％)薄膜，并用1064nmNd∶YAG脉冲激光对薄膜表面进行线扫描，制备局域铝背场，系统地研究了不同电流制备的局域铝背场，发现电流为10.5A是制备平整局域背表面的最佳选择。
　　最后通过用水热法合成亚微米尺寸的YVO4∶Eu3+，Bi3+发光颗粒，其中Eu3+，Bi3+的掺杂浓度均为5atm％;然后用水解法水解正硅酸乙酯，在发光颗粒的外面包覆一层厚度约为20nm的SiO2壳层，形成具有亚微米尺寸的YVO4∶Eu3+，Bi3+@SiO2核壳结构发光颗粒，将这种YVO4∶Eu3+，Bi3+@SiO2核壳结构发光颗粒按不同质量比掺入到纳米TiO2浆料中，制备成染料敏化太阳电池。由于YVO4∶Eu3+，Bi3+@SiO2核壳结构发光颗粒不仅有光散射效果，还可以把太阳光中的紫外光转换成红光，使染料吸收，从而增加电池对光的利用。在掺杂浓度为10％左右时开路电压和转换效率达到最大，转换效率从3.6％增加到5.9％，比未掺杂YVO4∶Eu3+，Bi3+@SiO2核壳结构发光颗粒的染料敏化太阳电池的转换效率增加了64％。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 晶体硅太阳电池

1．2．1 晶体硅太阳电池基本结构和原理

1．2．1 影响太阳能电池转换效率的因素

1．3 表面钝化技术

1．4 铝背场

1．4．1 铝背场的制备

1．4．2 铝背场对太阳电池的主要影响

1．4．3 影响铝背场质量的因素

1．4．4 铝背场的研究进展

1．5 局域铝背场

1．5．1 局域铝背场的特点

1．5．2 局域铝背场的烧结方法

1．6 染料敏化太阳电池

1．6．1 染料敏化太阳电池的结构和工作原理

1．6．2 染料敏化太阳电池的研究进展

1．7 本论文的主要研究内容

第二章 太阳电池制造技术和测试方法介绍

2．1 磁控溅射制备铝膜

2．1．1 磁控溅射原理

2．1．2 磁控溅射制备铝膜的工艺

2．2 PECVD薄膜沉积技术

2．3 丝网印刷制备染料敏化太阳电池光阳极

2．4 太阳能模拟器

2．4．1 太阳能模拟器介绍

2．4．2 太阳电池的光照特性测试原理

2．4．3 测试步骤

2．5 四探针法测试方块电阻

2．6 荧光分光光度计(Flourescence Spectrometer)

第三章 铝硼背场的制备及性能研究

3．1 铝硼背场样品的制备

3．2．铝硼背场样品的性能表征

3．2．1 Al膜和Al+B(1％)薄膜的形貌分析

3．2．2 铝硼薄膜对太阳电池铝背场方块电阻及掺杂浓度的影响

3．2．3 铝背场表面形貌

3．3 背钝化局域背表面场的制备

3．4 背钝化局域背表面场的性能表征

3．5 本章小结

第四章 发光颗粒对染料敏化太阳电池性能的影响

4．1 大颗粒散射层改善光学性能的原理

4．2 实验内容

4．2．1 制备亚微米尺寸的YVO4:Eu3+，Bi3+发光颗粒

4．2．2 制备亚微米尺寸的YVO4:Eua+，Bi3+@SiO2发光颗粒

4．2．3 制备嵌入亚微米尺寸YVO4:Eua+，Bi3+@SiO2核壳结构发光颗粒的光阳极

4．2．4 染料敏化太阳电池的组装

4．3 测试结果和讨论

4．3．1 YVO4: Eua+，Bi3+@SiO2核壳结构发光颗粒

4．3．1 光阳极性能

4．3．2 染料敏化太阳电池的光伏性能

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间主要研究成果

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