基于硅纳米线阵列的晶硅光伏器件陷光增效技术研究

摘要

硅基太阳能电池可以直接将太阳光转换成电能，具有清洁、安全、高效等优点，在硅基太阳能电池中引入陷光结构能够有效提高光电转换效率，逐渐成为当前研究的热点。硅纳米线（Si NWs）作为一种陷光结构，具有特殊的纳米尺寸效应，能够增强光捕获，提高电池效率，在硅基太阳能电池的应用上展露出了巨大的优势。由于在纳米尺寸范围，形貌的改变会对电池效率造成一定的影响，因此本文通过金属辅助化学刻蚀（MACE）法制备了不同形貌的Si NWs微纳阵列结构，并制备了基于不同形貌的Si NWs微纳阵列晶硅太阳能电池，系统地研究了Si NWs形貌调控方法及不同形貌Si NWs对晶硅太阳能电池性能的影响。本文研究工作内容如下：　　首先利用MACE方法制备了大面积Si NWs微纳阵列结构。通过改变氢氟酸/双氧水混合溶液的刻蚀时间调控Si NWs长度，通过改变紫外-臭氧（UV-Ozone）预处理时间和5%氢氟酸处理时间调控Si NWs填充率。　　其次通过 n 型掺杂扩散、表面钝化、丝网印刷电极等工艺制备了晶硅太阳能电池，研究了 Si3N4钝化层和 SiO2钝化层对晶硅太阳能电池性能的影响，实验结果表明以Si3N4作为钝化层的晶硅太阳能电池性能较优。　　最后，系统地研究了Si NWs长度和填充率对基于Si NWs晶硅太阳能电池光电转换效率的影响。随着Si NWs长度的增加，其反射率逐渐降低，在3000 nm时平均反射率低至1.49%。基于不同长度Si NWs的晶硅太阳能电池光电转换效率随SiNWs长度增加而变大，在Si NWs长度为3000 nm时效率达最高。随着Si NWs填充率的增加，其反射率呈先增大后减小的趋势，当Si NWs填充率为49.71%时晶硅太阳能电池的光电转换效率最高。Si NWs微纳阵列的减反效果明显优于传统的硅金字塔阵列，基于Si NWs微纳阵列的晶硅太阳能电池各项特征参数均高于基于传统硅金字塔阵列的晶硅太阳能电池。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 硅纳米线结构的性质

1.2.1 硅纳米线的光学性能

1.2.2硅纳米线的电学性能

1.3 基于硅纳米线的光伏器件研究进展

1.4 本论文的研究目的和意义

1.5 本论文的主要研究内容

第2章 实验材料及方法

2.1 实验试剂

2.2 实验仪器

2.3 表征方法

2.3.1 扫描电子显微镜

2.3.2 太阳电池电流-电压特性曲线测试系统

2.3.3 四探针方块电阻测试仪

2.3.4 紫外可见吸收光谱

2.4 本章小结

第3章 硅纳米线微纳阵列的制备及表征分析

3.1 前言

3.2 硅纳米线的制备方法

3.3 硅纳米线微纳阵列的制备及表征分析

3.3.1 硅纳米线微纳阵列的制备

3.3.2 不同刻蚀时间的硅纳米线微纳阵列表征与分析

3.3.3 UV/Ozone预处理的硅纳米线微纳阵列表征与分析

3.3.4 5%氢氟酸处理的硅纳米线微纳阵列表征与分析

3.4 硅金字塔阵列的制备及表征分析

3.4.1 硅金字塔阵列的制备

3.4.2 硅金字塔阵列的表征与分析

3.5 本章小结

第4章 基于硅纳米线微纳阵列的晶硅太阳能电池制备及性能研究

4.1 前言

4.2晶硅太阳能电池光伏器件的制备

4.2.1 晶硅太阳能电池的制备

4.2.2 晶硅太阳能电池的钝化工艺研究

4.3 基于硅纳米线微纳阵列的晶硅太阳能电池性能表征与分析

4.3.1硅纳米线长度对晶硅太阳能电池性能影响的表征与分析

4.3.2 硅纳米线填充率对晶硅太阳能电池性能影响的表征与分析

4.3.3 不同陷光结构对晶硅太阳能电池性能影响的表征与分析

4.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢