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晶硅异质结太阳电池非晶硅薄膜与背场工艺优化研究

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 晶硅异质结电池简介

1.3 非晶硅薄膜制备技术简介

1.4 晶硅异质结太阳电池的国内外研究现状

1.5 本文主要内容

第2章 HWCVD法制备本征氢化非晶硅钝化膜研究

2.1 氢化非晶硅钝化原理及研究现状

2.2 实验方法

2.3 本征氢化非晶硅钝化晶硅表面研究

2.4 射频光电导法与微波光电导法硅片少子寿命比较

2.5 本章小结

第3章 HWCVD异质结太阳电池的薄膜与背场工艺优化研究

3.1 引言

3.2 实验方法

3.3 单层发射极异质结电池制备

3.4 双层发射极异质结电池发射极厚度的优化

3.5 单层发射极与双层发射极电池性能对比

3.6 本章小结

第4章 PECVD异质结太阳电池的薄膜工艺优化

4.1 引言

4.2 实验方法

4.3 本征钝化层优化

4.4 不同结构晶硅异质结对比分析

4.5 本章小结

第5章 总结

5.1 主要的研究结论

5.2 本文创新之处

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果

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摘要

晶硅异质结电池具有转化效率高和工艺温度低的优点,在光伏应用中人们对晶硅异质结太阳电池有着广泛的兴趣。到目前为止,只有日本松下公司的HIT异质结太阳电池实现产业化,但其对HIT电池的相关工艺和制备过程高度保密,国际上其他研究结构和企业对晶硅异质结太阳电池进行了大量研究,我国起步较晚,与他们的差距较大。本文研究优化晶硅异质结电池的非晶硅薄膜和背场工艺。
  本文基于 HWCVD研究了沉积本征非晶硅薄膜研究对硅片钝化效果,并比较了两种常用测试测试硅片少子寿命技术的差异;基于 HWCVD沉积非晶硅薄膜技术制备晶硅异质结太阳电池,优化了铝背场烧结工艺,制备单层发射极电池和双层发射极电池并进行对比;与企业合作研究,利用薄膜电池生产设备尝试制备晶硅异质结太阳电池。主要结论如下:
  基于HWCVD沉积本征非晶硅薄膜研究钝化硅片表面,随着沉积气压增大,非晶硅薄膜微观结构参数R*逐渐减小,薄膜中的空位缺陷也逐渐减少;随着热丝电流增大,薄膜微观结构参数R*先减小后增大,薄膜中空位缺陷逐渐增多。μ-PCD和RF-PCD测试硅片所获得结果差异与硅片少子寿命面分布相关,面分布不均匀时二者测试结果差异很大,面分布均匀时二者测试结果相差不大。
  基于HWCVD技术制备晶硅异质结太阳电池,首先优化了铝背场烧结工艺,引入双层发射极结构用于晶硅异质结太阳电池。对比单层发射极电池和双层发射极电池的性能,发现双层发射极电池的开路电压和填充因子大幅提升,短路电流密度也有提高,最终双层发射极电池比单层发射极电池效率提高了3.03%。
  基于薄膜电池生产设备PECVD沉积非晶硅薄膜、LPCVD沉积BZO制备晶硅异质结太阳电池,优化本征钝化层气压和氢稀释比应用于制作电池,对比铝背场结构的电池和非晶硅背场结构的电池性能,发现铝背场结构的电池开路电压、短路电流密度和填充因子都有很大的提升,量子效率在长波段改善显著,最后电池转换效率提升了2.35%。
  使用扫面电镜测得在制绒电池表面 BZO的形貌图,发现 BZO表面的晶粒生长呈现金字塔的微观结构,这样的微观形貌使得BZO具有一定的陷光效果。BZO沉积在制绒硅片表面上使得电池的反射率低至5%左右。

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