黑硅太阳能电池的工艺研究

【摘要】：当前,为了降低生产成本,硅片薄片化成为晶体硅太阳能电池的发展趋势之一。硅片变薄时,对光吸收和钝化的要求非常严格,特别是在钝化效果较好时,光吸收就成为了制约电池效率提升的关键因素。因此,需要最大限度地增加硅基体对光线的吸收以提高太阳能电池的转换效率。文中制备的黑硅硅片在300～1100nm光谱范围内对入射光能达到95%的吸收率。 本文利用等离子体侵没离子注入技术制备多晶黑硅,其原理为将硅片直接浸没在等离子体中,然后在硅片上施加负偏压,由于在硅片表面形成鞘层,所以硅片表面各处将同时被注入反应离子,并与硅片发生反应形成黑硅。本文采用自主搭建的等离子体侵没离子注入系统,研究出了一套制备黑硅硅片的最佳工艺,并初步实现了黑硅硅片的低成本批量制造；之后,将制备好的黑硅硅片做成太阳能电池,其开路电压、短路电流和填充因子分别为0.625V,8.750A和79.116%,转换效率可达17.79%,比常规太阳能电池转换效率高0.3%。 由于黑硅硅片的纳米结构,使得硅片具有大的表面积和大量的表面态,其电子态和能带结构也发生了变化,所以本文还对黑硅表面钝化工艺进行了一系列研究,希望找到能有效降低黑硅表面活性和提高少数载流子寿命的方法。实验采用传统硅工艺使用的等离子增强化学气相沉积(PECVD)技术生长氮化硅薄膜来对硅片表面进行钝化,主要研究了气体比例、沉积温度和沉积时间对减反作用和钝化作用的影响；同时还研究了沉积条件对电池内、外量子效率的影响。 【关键词】：等离子体侵没离子注入 黑硅 钝化
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-8
• 序言8-11
• 1 绪论11-31
• 1.1 晶体硅及其基本性质11-12
• 1.2 太阳能电池用硅材料12-13
• 1.3 高纯多晶硅的制备13-16
• 1.3.1 三氯氢硅氢还原法14-15
• 1.3.2 硅烷热分解法15
• 1.3.3 Ethyl Corporation法15-16
• 1.4 太阳能级多晶硅的制备16-17
• 1.5 几种常用晶体硅材料介绍17-23
• 1.5.1 区熔单晶硅17-18
• 1.5.2 直拉单晶硅18-21
• 1.5.3 铸造多晶硅21-23
• 1.6 黑硅的制备方法23-28
• 1.6.1 飞秒激光脉冲法24-25
• 1.6.2 电化学腐蚀法25-26
• 1.6.3 等离子体刻蚀法26-28
• 1.7 本文研究内容和意义28-31
• 2 晶体硅太阳能电池的产业化技术31-45
• 2.1 太阳能电池产业简介31-32
• 2.2 传统电池工艺32-44
• 2.2.1 衬底32
• 2.2.2 腐蚀、织构化和光学限制32-35
• 2.2.3 结的形成35-38
• 2.2.4 去氧化层38
• 2.2.5 边缘隔离38-40
• 2.2.6 前表面钝化和减反射涂层40-41
• 2.2.7 前接触形成41-43
• 2.2.8 背面结构43-44
• 2.3 本章小结44-45
• 3 设备与实验45-71
• 3.1 等离子体侵没离子注入系统45-48
• 3.2 黑硅硅片制备工艺48-52
• 3.2.1 黑硅气体流量比的确定48-49
• 3.2.2 反应气压实验49-50
• 3.2.3 射频输出功率实验50-51
• 3.2.4 刻蚀时间实验51
• 3.2.5 偏压试验51-52
• 3.3 设备与黑硅工艺总结52-53
• 3.4 黑硅太阳能电池的制备53-55
• 3.5 氮化硅层对黑硅太阳能电池的影响55-68
• 3.5.1 PECVD氮化硅的减反机理55-56
• 3.5.2 SiH_4/NH_3、沉积温度、沉积时间对减反作用的影响56-60
• 3.5.3 PECVD氮化硅薄膜钝化机理60-61
• 3.5.4 气体比例、沉积时间、沉积温度对钝化作用的影响61-65
• 3.5.5 沉积条件对量子效率的影响65-68
• 3.6 本章小结68-71
• 4 结论与展望71-73
• 参考文献73-77
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果77-81
• 学位论文数据集81

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