硅基太阳能电池陷光材料及陷光结构的研究

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1、郑州大学博士学位论文硅基太阳能电池陷光材料及陷光结构的研究姓名：王海燕申请学位级别：博士专业：凝聚态物理学指导教师：卢景霄20051020郑州人学博f：学位论文R前主要是稳定znO：Al膜T艺条件，解决大面积均匀成膜T艺，制备性能优良的绒面Zno：A1膜。针对以上问题，本论文从两方面研究了硅基太阳能电池的陷光材料与陷光结构：l、晶体硅太阳能电池表面纵构及陷光效果的研究(包括多晶硅绒面电池的制作)晶体硅太阳能电池包括单晶硅和多晶硅。对于单晶硅绒面用NaoH碱液腐蚀就可以得到理想的绒面结构，从而降低了其表面光的反射，提高了电池效率；多晶硅电池的出现主要是为了降低成本，其材料

2、制作成本低于cz材料。多晶硅太阳电池由于多晶硅晶粒取向的多样性，不能用传统的单晶硅绒面制备技术。多晶硅各个晶粒的晶向不一样，使用碱腐蚀，仅能在(1∞)取向的晶粒上得到好的金字塔表面，不能在其它取向的晶粒上得到很好的金字塔形貌。许多研究者在多晶硅的表面织构化方面做了很多探索，其中酸腐蚀技术最有可能应用于大面积多晶硅太阳电池的工业化生产。酸腐蚀技术的优点是工艺简单，不需要特定的反应装置，成本低，适于工业生产。酸腐蚀技术存在的阔题是：稳定腐蚀条件；进行大面积制作；将多晶硅绒面应用于电池。本论文主要解决了以下问题：(1)本论文采用酸化学腐蚀法，对绒面的腐蚀液成份按高HF低HN0

3、3和低HF高HN03分别进行实验，找到了一个可以制作出良好绒面的腐蚀液配比范围；(2)在大量实验的基础上，研究了绒面微结构形成机理，首次提出多晶硅绒面均匀形貌形成的机制及控制反应的关键点：(3)优化绒面腐蚀条件，制备大面积绒面，反射率为5．25％；(4)探索该绒面应用于多晶硅太阳能电池的工艺路线及处理条件。在电池制备条件较差的实验条件下，制各了尚未优化的多晶硅绒面电池(未钝化、无背电场)，效率已达到8％。达到目前国内报道的多晶硅绒面电池效率水平；(5)在尝试了多种方法的基础上，首次提出①多晶硅绒面电池的扩散工艺中的关键问题及改进方法；②电极烧结条件与绒面微结构的关系。2

4、、薄膜微晶硅(耻：si：H)太阳能电池陷光结构及透明电极材料及其织构化的研究在微晶硅薄膜pil

5、结构太阳能电池的制作中，光生电子和空穴主要在i层产生，因此要求i层麻尽量多的吸收入射的太阳光才可以得到更多的光生载流子。显然增加光在i层通过的路径可以增加入射光的利用率。但如果i层太厚，微晶硅薄膜电池的成本会增加，因此又希望尽可能地减小i层的厚度以降低沉积时间和成郑州人学蹲}：学位论文本。实验和理论均已证明，在电池中引入陷光结构可以有效地减小吸收层的厚度进而减少了沉积时间。在pin结构电池中，陷光结构是联合前电极TcO的表面l：}{构和高的背反射电极来实现的。因此，硅基薄膜太

6、阳能电池的透明电极(TcO)对于提高电池的转换效率起着十分重要的作用。它要求具有极低的光、电损失、高透过率和低电导率以及在氢等离子体轰击下保持较好的稳定性：同时由于微晶硅的光吸收系数比较低，硅基薄膜太阳能电池需要利用ToO膜的陷光效应，即在玻璃衬底上制备满足光散射特性的绒面透明导电膜以增大电池的短路电流和入射光在电池中的光程。因此将前电极TcO作成凸凹不平的绒面结构使入射光在进光面不断发生漫散射或发生多次反射，这样光通过电池i层的有效路径增加了。从而提高了入射光的收集效率，电池光谱响应明显提高。本研究踟o：舢透明导电薄膜的制备采用直流磁控溅射的方法，要求靶是金属靶，且整

7、个过程敏感于氧分压，条件不易撑握。另一个难题是，用稀盐酸织构化后，膜的光电性能应不发生改变且织构表面要具有好的陷光效果。本论文主要解决了以下问题：(1)采用直流磁控溅射的方法，用金属锌、铝合金靶在普通玻璃衬底上制得zno：Al透明导电薄膜。从材料的结晶特性上作了大量研究，找到了一个相对稳定的条件，使采用反应直流溅射的方法也能制备出光电性能优异zno：m膜。可见光透过率在85％以上，电阻率达7×10r40．cm，达国际先进水平；(2)用稀盐酸制绒后表面sEM形貌与国外文献报道的结果一致，且腐蚀前后电学性质变化不大，国内还末见类似报到：(3)用本研究制备的ZnO：A1膜在南

8、开大学光电予所制备微晶硅薄膜太阳能电池，所有样品均显示出绒面znO：m膜的效率高于光面zno：Al膜的。有绒面陷光结构的效率在5．6％左右，无绒面的效率为4．5％左右。(4)在PvsEcl5国际光伏会议上首次报道了绒面znO：舢透明导电薄膜的横切面sEM形貌，并得出绒面均匀坑的锥角大小在120—140。左右，且锥角大小只由膜的性质决定，与腐蚀时间长短无关。为薄膜Ⅳc：si：H太阳能电池陷光结构中有效的控制绒面znO：～透明导电薄膜的陷光效果提供了依据。关键词：表面织构，透明导电薄膜，陷光结构，扩散工艺，背反射。郑州人学博l：学位论文Abs