全背式硅基薄膜太阳能电池的设计与制备

摘要

全背式薄膜太阳能电池具有共面型PN结以及完全暴露的受光面。全背式电极完全避免了上电极对光的遮挡导致的光学损失，这点对于吸收很弱的薄膜电池来说尤为重要。同时，共面型PN结改变了载流子的输运路径，将短波长吸收区与表面“死层”区分离开，降低了表面复合，减少电学损失，提高短波效应。对全背式薄膜太阳能电池的研究具有重大的科学意义和经济价值。本文主要内容如下：
　　首先，分析了影响常规太阳能电池性能的光学损失和电学损失。具体阐述了全背式电极结构应用于薄膜太阳能电池对电池性能带来的影响以及研究这种电池的实际意义。
　　然后，利用半导体仿真工具 TC AD对全背式薄膜太阳能电池建模，得到其光学和电学特性，发现其光学和电学性能均优于常规上下电极结构电池，进一步验证了全背式结构的优势。分别分析了P、N区掺杂宽度、掺杂浓度以及电极接触宽度等因素对电池性能的影响，得到最优化的电池参数。
　　进一步的，根据优化得到的电池参数，开展全背式硅基薄膜太阳能电池制备工艺的研究。分别介绍了热氧化、高温扩散、光刻、电子束蒸发以及硅片减薄等工艺的原理。优化了各项工艺所需要的条件，确定了制备全背式硅基薄膜太阳能电池的各项工艺条件。对湿法和干法快速深刻蚀的方法进行对比研究，确定了利用感应耦合等离子体反应离子刻蚀将硅片减薄到14μm的方案，在此基础上进一步制备了全背式硅基薄膜太阳能电池。
　　最后，对沉积氮化硅抗反射层和集成金字塔减反结构的全背式晶硅薄膜太阳能电池进行性能测试分析。在得到全背式薄膜电池的基础上通过PEC VD在电池受光面沉积氮化硅薄膜以及利用硅的各向异性刻蚀特性制备金字塔减反结构，并分别测试得到其 J-V曲线。与平板结构电池相比，集成氮化硅抗反射层和金字塔减反结构的太阳能电池的效率分别提高了31％和41.4%。

目录

声明

第一章 绪论

1. 1 研究背景及意义

1. 2 本文主要工作安排

第二章 太阳电池基本理论

2. 1 半导体光吸收特性

2. 2 光生载流子的产生与复合

2. 3 太阳能电池的等效电路

2. 4 太阳能电池的输出特性

2. 5 转换效率提升的设计考虑

2. 6 本章小节

第三章 全背式薄膜电池的建模分析方法与优化设计

3. 1 全背式电池的结构

3. 2 全背接触式电池的建模分析

3. 3 全背接触式电池的优化设计

3. 4 本章小结

第四章 全背式薄膜电池的制备工艺的研究

4. 1 全背式薄膜太阳能电池的实验方案

4. 2 热氧化工艺

4. 3 光刻：定义P/N阱区

4. 4 高温扩散：制备P N结

4. 5 制备金属电极

4. 6 硅片减薄技术

4. 7 本章小结

第五章 全背式薄膜太阳能电池性能测试

5. 1平板结构薄膜太阳能电池性能研究

5. 2 沉积氮化硅减反层的太阳能电池性能研究

5. 3 金字塔结构太阳能电池性能研究

5. 4本章小结

第六章 总结与展望

6. 1论文工作总结

6. 2研究工作展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果