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光伏电池表面微/纳陷光结构及硅纳米线太阳电池的制备

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摘要

第一章 绪论

1.1 微/纳陷光结构的研究进展

1.2 陷光结构减反射原理、分类及其在光伏电池中的应用

1.2.1 沟槽、金字塔或倒金字塔陷光结构

1.2.2 周期性亚波长光栅陷光结构

1.2.3 金属纳米颗粒阵列陷光结构

1.2.4 微米、纳米孔阵列陷光结构

1.2.5 硅纳米线、纳米柱或纳米锥阵列陷光结构

1.3 微/纳陷光结构的制备方法

1.3.1 光刻技术

1.3.2 刻蚀技术

1.3.3 纳米压印技术

1.3.4 “探针”技术

1.3.5 自组装技术

1.4 本课题研究的主要内容

第二章 纳米线和纳米孔陷光结构的制备及表征

2.1 实验方法概述

2.2 实验原理

2.3 实验所需设备和材料

2.3.1 实验材料和试剂

2.3.2 主要实验设备

2.4 纳米陷光结构的制备与表征

2.4.1 纳米陷光结构的制备

2.4.2 纳米陷光结构的表征

2.5 结果与讨论

2.5.1 石墨纳米颗粒浓度对陷光结构表面形貌的影响

2.5.2 刻蚀溶液中H2O2浓度对陷光结构表面形貌的影响

2.5.3 GNPs浓度和H2O2浓度对陷光结构表面减反射性能的影响

2.6 本章小结

第三章 方形硅纳米孔和硅纳米线阵列的制备及其影响因素研究

3.1 引言

3.2 实验所需材料与设备

3.2.1 实验材料和试剂

3.2.2 主要实验设备

3.3 方形硅纳米孔阵列的制备及其减反射性能的研究

3.3.1 实验方法与流程

3.3.2 结果与讨论

3.4 硅纳米线阵列的制备及其减反射性能的影响因素研究

3.4.1 实验方法与流程

3.4.2 结果与讨论

3.5 本章小结

第四章 硅纳米线太阳电池的制备研究

4.1 硅纳米线太阳电池概述

4.1.1 径向p-n(p-i-n)结SiNWs太阳电池

4.1.2 轴向p-n(p-i-n)结硅纳米线太阳电池

4.1.3 基体p-n结SiNWs太阳电池

4.2 硅纳米线太阳电池的制备

4.2.1 实验材料和试剂

4.2.2 主要实验设备

4.2.3 实验方法及流程

4.2.4 硅纳米线的后处理

4.2.5 SiNWs太阳能电池的制备

4.3 结果与讨论

4.3.1 SiNWs对太阳电池性能的影响

4.3.2 硅纳米线的前处理工艺对SiNWs太阳电池性能的影响

4.3.3 AZO载流子收集层和栅形电极对SiNWs太阳电池性能的影响

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 进一步研究建议

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及专利

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摘要

降低光伏电池表面的光反射可有效提高太阳电池的效率,为得到低成本、迅速、稳定的制备大面积微/纳陷光结构的方法,本论文采用自组装技术、无电极化学沉积技术、金属辅助化学刻蚀(MACE)技术制得了三种不同的微/纳陷光结构,研究了制备条件对微/纳陷光结构参数及其减反射性能的影响规律;利用硅纳米线阵列制得了径向p-n结的硅纳米线太阳电池,讨论了制备工艺对太阳电池性能的影响。主要取得以下结果:
   1、通过石墨纳米颗粒(GNPs)的自组装技术和MACE技术制得了表面带有硅纳米线(SiNWs)和硅纳米孔(SiNHs)的岛状阵列陷光结构,系统研究了GNPs溶液的浓度和刻蚀溶液中AgNO3的浓度对所制备的岛状结构形貌及岛状结构上SiNWs和SiNHs阵列参数的影响,探明了这种特殊陷光结构的形成机理,获得的陷光表面在300-1100nm光谱范围内平均反射率为3.6%。
   2、通过无电极沉积技术和MACE技术成功制备出了方形硅纳米孔(SiNHs)阵列。分析了无电极沉积的银纳米颗粒(AgNPs)的形貌随着沉积时间变化,并研究了刻蚀溶液中AgNO3浓度和刻蚀时间对所制备方形SiNHs陷光结构参数的影响,制备出的陷光结构在300-1100nm光谱范围内平均反射率为3.3%。
   3、利用无电极沉积技术和MACE技术成功制备出硅纳米线(SiNWs)阵列。研究了刻蚀溶液中AgNO3浓度和刻蚀时间对SiNWs参数的影响;分析了SiNWs阵列的直径、周期、长度、直径周期比等参数对其减反射性能的影响。当刻蚀溶液中AgNO3浓度为0.04M、刻蚀时间为8min时,得到的SiNWs阵列在300-1100nm波长范围内反射率为2.0%。
   4、利用PECVD、磁控溅射、原子层沉积(ALD)等设备对SiNWs阵列处理后制得具有径向p-n结的SiNWs太阳电池,制得光电转换效率为0.374%的太阳电池。虽然目前所制得的SiNWs太阳电池性能较差,但所获得的结论对未来制备高效率的SiNWs电池具有一定的参考价值。

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