硅太阳电池表面多孔硅的制备与作用

利用电化学方法在硅太阳能电池的金字塔上面刻蚀一层多孔硅,研究多孔硅对硅表面反射率、光电转换量子效率的影响以及氧化对不同波长的光电转换量子效率的影响。研究发现氢氟酸浓度对反射率没有明显的影响,而电化学反应时间可以调制反射率最低波长点,最终获得综合反射率低至2%的优质减反效果。多孔硅的存在使得300～500 nm的光电转换量子效率降低,500 nm以上长波的光电转换量子效率增加。氧气氛围中的快速退火能够有效降低少数载流子的表面复合,从而增加短波段的光电转换量子效率。     

载流子选择性接触:高效硅太阳电池的选择

太阳电池可看成由光子吸收层和接触层两个基本单元组成,接触层是高复合活性金属界面和光子吸收层之间的区域.为了进一步提高硅太阳电池的转换效率,关键是降低光子吸收层和接触之间的复合损失.近年来,载流子选择性接触引起了光伏界的研究兴趣,其被认为是接近硅太阳电池效率理论极限的最后的障碍之一.本文分析了三种类型的载流子选择性接触:在光子吸收层与金属界面之间引入薄的重掺杂层,即所谓的发射极或背面场;利用两种材料之间的导带或价带对齐;利用高功函数的金属氧化物与晶硅接触从而在晶硅中感应能带弯曲.基于一维太阳电池模拟软件wx AMPS,模拟了扩散同质结硅太阳电池[结构为(p~+)c-Si/(n)c-Si/(n~+)c-Si]、非晶硅薄膜硅异质结太阳电池[结构为(p~+)a-Si/(i)a-Si/(n)c-Si/(i)a-Si/(n~+)a-Si]和氧化物薄膜硅异质结太阳电池[结构为(n)MoO_x/(n)c-Si/(n)TiO_x]暗态下的能带结构和载流子浓度的空间分布,其中c-Si为晶硅;a-Si为非晶硅;(i),(n)和(p)分别表示本征、n型掺杂和p型掺杂.模拟结果表明:载流子选择性接触的核心是在接触处晶硅表面附近形成载流子浓度空间分布的不对称进而使得电导率的不对称,形成了对电子的高阻和空穴的低阻或者对空穴的高阻和电子的低阻,从而让空穴轻松通过同时阻挡电子,或者让电子轻松通过同时阻挡空穴,形成空穴选择性接触或者电子选择性接触.     

硅p-n结太阳电池对DF激光的响应

对硅p-n结太阳电池在DF激光辐照下的响应进行了理论和实验研究。推导了p-n结反向饱和电流随温度的近似变化关系。根据该近似关系,计算了太阳电池在DF激光辐照过程中输出电压的变化曲线。计算结果和实验结果之间取得了比较好的一致性。     

硅p-n结太阳电池对DF激光的响应

 对硅p-n结太阳电池在DF激光辐照下的响应进行了理论和实验研究。推导了p-n结反向饱和电流随温度的近似变化关系。根据该近似关系，计算了太阳电池在DF激光辐照过程中输出电压的变化曲线。计算结果和实验结果之间取得了比较好的一致性。     

多晶硅太阳电池激光掺杂选择性发射极

研究了多晶硅片扩散工艺与激光掺杂工艺的匹配性.采用波长532nm的纳秒脉冲激光器对扩散后未去磷硅玻璃的多晶硅片表面进行激光扫描掺杂,激光扫描掺杂后硅片方块电阻降低为扩散后硅片方阻的50%左右,而且随着激光功率的增加,扩散到硅片表面的磷原子浓度增大,硅片方阻下降更明显.测试了激光掺杂后多晶硅太阳能电池的外量子效率,其外量子效率在340~480nm波段范围与常规多晶硅太阳能电池相比提高18%~5%.研究了激光掺杂后多晶硅电池的光电转换特性,分析了较高激光功率掺杂时多晶硅电池的失效特性,结果表明:优化工艺后多晶硅太阳电池平均光电转换效率达到17.11%,比普通工艺多晶硅太阳电池提高0.34%,最高转换效率达到17.47%.激光掺杂选择性发射极工艺流程简单,电池效率提升明显,易于实现产业化.     

激光诱导晶化技术制备纳米硅的研究

利用电子束蒸发技术在硅衬底上镀一层2.5μm厚的含氢非晶硅薄膜,用氩离子激光器的488nm谱线作激发光线,对a-Si-H薄膜进行辐照,使a-Si-H晶化。其拉曼散射谱和电子衍射谱的结果表明,经激光辐照后,在a-Si-H薄膜中形成纳米硅粒。     

太阳电池中新腐蚀液实现纳米黑硅表面的一步腐蚀制备

通过引入添加剂,调节腐蚀溶液的pH值,实现了一步法制备黑硅表面. 在取得低表面反射率的同时,减小了黑硅层的腐蚀深度,对于16 min腐蚀的黑硅层,其表面加权平均反射率可达5%(300～1200 nm),但腐蚀深仅约为200 nm. 减小腐蚀深度能够降低黑硅太阳电池的表面复合速率,从而提高太阳电池性能,尤其是开路电压及填充因子. 以新腐蚀液制备的黑硅为衬底,在常规太阳电池产线上制备大面积p-Si黑硅太阳电池,实现了15.63%的转换效率,具有高的开路电压(624.32 mV)和填充因子(77.88%),改进了大面积黑硅太阳电池的性能.     

多晶硅中的氧碳行为及其对太阳电池转换效率的影响

认识及控制多晶硅中杂质行为对于实现低成本、高效率多晶硅太阳电池有着重要的意义.利用红外光谱技术研究了定向凝固多晶硅锭中不同部位材料热处理前后的氧浓度、碳浓度变化,结合少子寿命、光电转换效率、内量子效率等电池性能,探索不同含量的氧、碳杂质对电池性能影响的物理机制.提出一种考虑碳影响的氧沉淀生长模型,并模拟了热处理后氧沉淀的尺寸分布和数量.研究发现,碳除了使利用硅锭顶部材料制备得到的电池转换效率降低外,还是决定氧沉淀作用的重要因素.由于碳含量多造成中部材料氧沉淀的尺寸大、数量多,引起缺陷,增加复合,而碳在底部 关键词： 氧 碳 太阳电池 转换效率     

用碳酸二乙酯改善平面钙钛矿太阳电池的制备及性能

反溶剂辅助结晶(ASAC)的方法已经广泛应用于制备钙钛矿太阳电池(PSC),常用的反溶剂氯苯(CB)、甲苯(TL)等溶剂具有高毒性,会损害人体健康并且对环境有严重危害,业界急需寻求一种低毒、环境友好型的试剂替代CB等高毒性试剂作为反溶剂.碳酸二乙酯(DEC)具有和CB类似的溶剂特性.采用DEC制备的倒置平面钙钛矿太阳能电池(PSCs),其功率转换效率(PCE)达13.8%,优于氯苯基PSCs的13.1%.与CB相比,DEC制备的钙钛矿薄膜质量更高,载流子复合率更低,器件性能更好.这为大气环境下制备钙钛矿太阳电池的工艺提供了可能性.     

工业级纳米绒面多晶硅太阳电池的制备及其性能研究

基于产线工艺制备了纳米绒面多晶硅太阳电池,并表征其光电转换性能。研究结果表明：相对传统微米绒坑,纳米绒面能够提升多晶硅太阳电池的短路电流,相应的光电转换效率绝对值提升大于0.4%,产线均值光电转换效率超过了19.1%。结合漫反射光谱和外量子效率测试结果,改进的光电转换的原因归结为纳米绒面能够有效地诱捕短波和长波太阳光子,增强短波和长波太阳光响应。本研究证实纳米绒面多晶硅太阳电池可利用产线工艺制备且具有较高的光电转换效率,能够实现产业化。     

多光束纳秒紫外激光制作硅表面微结构

使用波长351 nm的半导体泵浦全固态脉冲激光器作为光源,经过位相光栅分束,形成干涉光场,在硅表面直接刻蚀微结构,制作了周期为0.55 μm,槽深可达55 nm的一维微光栅和周期为1.25 μm,刻蚀深度45 nm的正交微光栅结构.给出了微光栅形貌结构的扫描电子显微镜和原子力显微镜的测量结果.正交微光栅的一级衍射效率在1.8%～6.3%之间.该研究是改变硅表面微结构,优化硅材料特性的一种新方法,并扩展了大功率激光刻蚀在表面微加工领域的应用.     

晶体硅太阳电池数值模拟软件及其应用

提出一种在Matlab/GUI环境下设计的晶体硅太阳电池数值模拟软件,通过光生少数载流子连续性方程建立了单晶硅N⁺/P/P⁺结构太阳电池的物理模型。通过引进有效迁移率和有效少子扩散长度概念,并考虑多晶硅中晶界复合后,实现了对单晶硅、柱状多晶硅太阳电池的开路电压、短路电流、填充因子、转化效率、串并联电阻等电池性能的参数指标的数值模拟。程序模拟结果通过数值和图形两种方式输出,模拟结果与实验结果接近,能够为晶体硅太阳电池的设计与制备起到较好的指导作用。本程序对于以N型材料为衬底的晶体硅太阳电池同样适用。     

低成本衬底上多晶硅薄膜电池的探索

在低成本、两种纯度的P^ 颗粒硅带衬底(SSP)上，采用RT化学气相沉积(CVD)技术制备了多晶硅薄膜电池。无论高纯硅粉还是低纯硅粉制备的SSP衬底杂质含量都很高且表面凹凸不平；采用4μm／min的沉积速率和钝化作用得到了高质量外延多晶硅薄膜。通过扩散工艺制成的多晶硅薄膜太阳电池的转换效率分别为6．25％(高纯硅粉制成的SSP衬底)和4．5％(低纯硅粉制成的SSP衬底)。     

飞秒激光制备黑硅的光谱特性

本文采用飞秒激光在空气中对单晶硅进行扫描处理,在硅表面制备出平行排列并具有微尺度沟槽的黑硅材料。在扫描电子显微镜下,观察到了黑硅的纳米尺度的二级结构。通过黑硅的反射光谱发现,在250~1000nm光谱区域的反射率明显降低,且沟槽越深,反射率越低。同时,对沟槽深度与反射率的关系以及二级纳米结构的形貌进行了讨论。通过黑硅的拉曼光谱发现,飞秒激光处理后的硅片没有发生成分和结构上的变化,黑硅的成分依然是单晶硅。     

利用陷光结构增加硅薄膜太阳能电池的吸收效率

提出了一种含有光锥光子晶体防反射层和四棱锥光栅背反射层的a-Si薄膜太阳能电池结构,吸收层厚1μm,总厚度为1.45μm。根据光子晶体及亚波长光栅的衍射特性,利用严格耦合波方法对器件参数进行了优化。计算结果表明:当光锥结构倾角θ=72°、晶格常数T1=1 200 nm、介质底半径r=100 nm时,防反射层的透射率较高,在300~600 nm波长范围内,该薄膜太阳能电池的吸收效率比不含防反射层电池提高了11.54%;当四棱锥光栅结构周期L=1.2μm、占空比f=0.38、槽深h5=560 nm时,背反射层的反射效果较好,在600~850 nm波长范围内,电池的吸收效率提高了3.75%。所设计的薄膜电池结构在波长为300~750 nm、入射角为0°~75°范围内的吸收效率均在80%以上,平均吸收效率达92%,满足太阳电池对宽频谱、广角度的光俘获的要求。     

电致发光成像技术在硅太阳能电池隐性缺陷检测中的应用

论述了一种利用硅太阳能电池在一定偏压下的电致发光(Electroluminescence,EL)成像来检测硅太阳能电池隐性缺陷的方法.硅太阳能电池的EL波长范围为850～1 200 nm.正向偏压下的EL光强反映了少数载流子的浓度及其扩散长度,而反向偏压下的EL区和发光强度对应于电池的缺陷区域和缺陷密度.用硅CCD相机...     

CdSe/ZnSe/ZnS量子点在单晶太阳能电池中的应用

将CdSe/ZnSe/ZnS量子点掺入到聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中,研究了量子点的发光下转移特性。将420 nm长波滤光片盖在单晶电池上,使电池对300~420 nm波段光谱响应几乎为零,同时排除下转移层抗反射效应的影响,再在滤光片表面制备下转移层,观察到了外量子效率(EQE)值的提升,说明所用量子点可以应用于对300~420 nm波段光谱响应几乎为零的电池上实现频率的下转移,提高EQE。对量子点在太阳能电池中应用的可能性进行了分析,并根据本实验中测得电池的EQE数据,计算了该电池获得提升所需量子点最低的整体荧光量子效率值为87.8%。     

Properties of Black Silicon Layers Fabricated by Different Techniques for Solar Cell Applications

Black silicon (BS) layers coated with passivation films are widely used as antireflective frontal surfaces for solar cells. The most common BS fabrication techniques are reactive ion etching (RIE), metal-assisted chemical etching, and laser-induced processing. Herein, the structural and optical properties, as well as the minority carrier lifetime, of BS are compared with and without atomic layer deposited HfO₂ passivation films produced by the above formation methods. The antireflection behavior of the samples is discussed based on the light trapping effect and the change in the BS refractive index from air to the bulk of crystalline Si. Finally, test solar cells are manufactured, and their photovoltaic parameters are studied. The comparison results show that RIE is the most preferred in all technical respects. The features of using different BS fabrication techniques from the solar cell manufacturing point of view are analyzed.