硅基薄膜太阳电池用周期性电极的研究

摘要

在硅基薄膜太阳电池中，不论是NIP结构的太阳电池还是PIN结构的太阳电池，高效陷光结构对于提高其性能都是非常重要的。陷光结构不仅可提高光的散射，增加光的光程，使太阳电池转换效率得到提升；还可明显减少入射光的干涉现象，增加太阳电池对太阳光的响应。周期性陷光结构具有重复性好，便于模拟和改变结构等优点。为研究出性能良好的适合 PIN型薄膜太阳电池的周期性透明导电前电极和适合 NIP型薄膜太阳电池的周期性背反射电极，本文对周期性透明导电前电极和周期性背反射电极的制备方法以及影响其光电性能的因素做了详细的研究，具体研究内容和结果如下：
　　（1）本文中采用类桑拿的方法制备周期性单层六方密排的聚苯乙烯（PS）微球。利用水蒸气的水浴作用，将PS微球组装成单层六方密排的结构。
　　（2）为获得具有周期性陷光结构的透明导电前电极，本文提出一种新的制备方法，即基于PS微球为模板法，反应离子刻蚀来改变微球之间的距离，磁控溅射在PS微球上沉积ZnO薄膜，再使用超声去除PS微球，最后再次沉积一层ZnO薄膜，来保证良好的电学性能，这样就成功制备了周期性透明导电前电极。并对影响周期性透明导电前电极性能的第一层 ZnO材料、PS微球的直径、PS微球的刻蚀时间、第一层ZnO的厚度等多种因素做了详细的研究。
　　最后，为验证周期性透明导电前电极良好的光电性能，将制备的周期性透明导电前电极应用到PIN型微晶硅薄膜太阳电池中，得到效率达8.33％的微晶硅电池，其短路电流密度为25.9 mA/cm2。
　　（3）PS微球为模板法同样适用于制备具有周期性陷光结构的背反射电极，在经过反应离子刻蚀后的PS微球上使用磁控溅射的方法沉积一层Ag薄膜，再使用超声去除PS微球，最后再次沉积一层Ag薄膜，来保证高的反射性，这样就成功制备了周期性背反射电极。并对影响周期性背反射电极性能的PS微球的刻蚀时间、第一层Ag的厚度PS微球的直径等多种因素做了详细的研究。
　　最后，为验证周期性背反射电极良好的散射能力，将制备的周期性背反射电极应用到NIP型微晶硅薄膜太阳电池中，得到效率达8.56%微晶硅电池，其短路电流密度达24.05 mA/cm2，填充因子为70.57%。

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第一章 绪论

第一节 课题来源

第二节 研究背景

第三节 周期性陷光结构的研究现状

第四节 研究内容和研究目标

第五节 论文的组织结构

第二章 周期性陷光结构的制备与表征方法

第一节 周期性排列聚苯乙烯(PS)微球的制备方法

第二节 磁控溅射技术

第三节 薄膜及电池特性的表征方法

第四节 本章小结

第三章 周期性透明导电前电极制备及其性能的研究

第一节 引言

第二节 周期性透明导电前电极的制备

第三节 ZnO材料对周期性透明导电前电极性能的影响

第四节 PS微球的直径对周期性透明导电前电极性能的影响

第五节 PS微球的刻蚀时间对周期性透明导电前电极性能的影响

第六节 第一层ZnO的厚度对周期性透明导电前电极性能的影响

第七节 周期性透明导电前电极在微晶硅薄膜太阳电池中的应用

第八节 本章小结

第四章 周期性背反射电极制备及性能的研究

第一节 引言

第二节 周期性背反射电极的制备

第三节 PS微球刻蚀时间对周期性背反射电极性能的影响

第四节 第一层Ag薄膜厚度对周期性背反射电极性能的影响

第五节 PS微球的直径对周期性背反射电极性能的影响

第六节 周期性背反射电极在微晶硅薄膜太阳电池中的应用

第七节 本章小结

第五章 总结与展望

第一节 本文主要工作及结果

第二节 展望

参考文献

致谢

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