晶体硅太阳电池表面陷光结构的研究

论文摘要

作为太阳能利用的重要组成部分,光伏发电是一种清洁的、用之不竭的可再生绿色新能源,受到越来越多的关注。近年来全球光伏产业发展速度迅猛,而我国光伏产业规模已经稳居全球第一。但是,国内相关的科学研究还很缺乏,技术积累薄弱,阻碍了光伏产业的进一步发展。因此,开展此方面的基础研究具有重要的科学意义和应用价值。目前,晶体硅（包括单晶硅、多晶硅和带硅等）太阳电池占光伏产业市场份额的90%以上,在2020年之前,晶体硅太阳电池的统治地位难以撼动。由于硅材料成本居高不下,减薄硅片厚度成为降低电池生产成本最有效的手段。在硅片变薄的同时,对光吸收效率和表面钝化的要求也增加了。增强光吸收对保持薄片晶体硅太阳电池的性能稳定和进一步提升转换效率十分重要。围绕晶体硅太阳电池的光吸收问题,本文进行了一系列研究,包括表面损伤对单晶硅制绒的影响,多孔硅的生成以及形貌调控,新型的多孔-金字塔结构的设计与优化。得出了如下结论:1.硅片表面损伤较严重时,在制绒的过程中硅片表面金字塔结构的长大很不规则;硅片表面损伤较轻时,金字塔结构的长大相对规则。在80℃下20wt%KOH的溶液中处理40s后,进行60min的制绒处理能得到较好的反射性能,同时可将硅片表面损伤完全去除,这样能减少腐蚀过程对硅片的总消耗量。2.在50℃下5M HF+0.14M Fe（NO3）3溶液中反应,硅片表面容易得到杂乱的多孔结构。增加HF和Fe（NO3）3的浓度,能够得到腐蚀凹坑内密布多孔结构的表面形貌。在50℃下10M HF的溶液中,将Fe（NO3）3的浓度从0.2M增加到0.4M时,腐蚀凹坑内的多孔结构转变为微小的突起,导致表面反射率值急剧增大。3.在HF/Fe（NO3）3溶液中加入AgNO3可以在硅片表面沉积银颗粒,进而增强Fe3+得到电子的能力,并加速还原反应的进行,极大的增加单晶硅片表面多孔结构的覆盖率和均匀性。当沉积的银颗粒较多且连接在一起时可以腐蚀得到纳米硅丝,银颗粒分散则可腐蚀得到深孔结构。4.在多晶硅表面制作多孔硅结构以及沉积氮化硅薄膜均能够得到非常好的减反射效果,在多晶硅表面生成的多孔硅在大范围内比较均匀,而在晶界等表面缺陷处生成排列整齐的孔状结构。在没有金属颗粒辅助的情况下,抛光的硅片表面难以生成均匀的多孔结构。5.在多孔-金字塔结构制作中,二次腐蚀时间为30min时,金字塔基本保留,硅片表面反射性能达到最好。随着在HF/Fe（NO3）3溶液中反应时间的增加,硅片的少子寿命降低。综合考虑反射性能和少子寿命,经过60min金字塔织构化后,在50℃下10 M HF+0.2 M Fe（NO3）3溶液中二次腐蚀30min的效果最佳。6.二次腐蚀采用HF/Fe（NO3）3/AgNO3的腐蚀液能增加金字塔结构的多孔化反应速度,减少与溶液中Fe离子的接触从而减少沾污。硅片表面生成的多孔硅均匀性很好,且反射性能优异。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 第二章 文献综述
• 2.1 太阳能概述
• 2.2 光伏发电的研究历史和发展状况
• 2.3 太阳电池材料和器件
• 2.3.1 太阳电池材料
• 2.3.2 太阳电池器件及原理
• 2.4 晶硅太阳电池制绒
• 2.4.1 晶硅太阳电池的光学损失
• 2.4.2 晶体硅太阳电池的制绒方法
• 2.4.3 一种可用于硅片表面制绒的方法
• 2.5 晶体硅太阳电池的薄片化
• 2.6 本论文的研究目的和内容
• 第三章 实验
• 3.1 实验方案
• 3.1.1 损伤层对制绒的影响
• 3.1.2 化学腐蚀法制备多孔硅结构
• 3.1.3 多孔金字塔结构制作和优化
• 3.2 实验设备
• 3.2.1 化学机械抛光（CMP）机
• 3.2.2 等离子增强化学气相沉积（PECVD）系统
• 3.3 测试设备
• 3.3.1 紫外可见吸收（透射）光谱仪（UV-VIS）
• 3.3.2 少子寿命测试仪
• 3.3.3 扫描电子显微镜
• 3.3.4 其它仪器
• 3.4 实验原料
• 第四章 表面损伤对制绒的影响
• 4.1 引言
• 4.2 单晶硅表面损伤层厚度的测量
• 4.2.1 前言
• 4.2.2 实验
• 4.2.3 结果与讨论
• 4.3 完全去除损伤与不去除损伤制绒的对比
• 4.3.1 前言
• 4.3.2 实验
• 4.3.3 结果与讨论
• 4.3.3.1 抛光片的制绒特性
• 4.3.3.2 损伤片的制绒特性
• 4.3.4 本节小结
• 4.4 不同程度去除表面损伤以及制绒
• 4.4.1 前言
• 4.4.2 实验
• 4.4.3 结果与讨论
• 4.3.3.1 损伤层去除程度的确定
• 4.3.3.2 硅片表面处于不同损伤层深度的制绒
• 4.4.4 本节小结
• 4.5 本章小结
• 第五章 化学腐蚀法制备多孔硅结构
• 5.1 引言
• 5.2 多孔硅生成以及结构调控
• 5.2.1 前言
• 5.2.2 实验
• 5.2.3 结果与讨论
• 5.2.3.1 多孔硅生成
• 5.2.3.2 多孔硅形貌调控
• 5.2.3.3 多孔硅稳定性和均匀性的控制
• 5.2.3.4 生成多孔硅以及进行调控的机理分析
• 5.3 多孔硅在多晶硅太阳电池制绒中的应用
• 5.3.1 前言
• 5.3.2 实验
• 5.3.3 结果与讨论
• 5.4 本章小结
• 第六章 多孔-金字塔结构制作与优化
• 6.1 引言
• 6.2 多孔-金字塔结构制作
• 6.2.1 前言
• 6.2.2 实验
• 6.2.3 结果和讨论
• 6.3 多孔-金字塔结构优化
• 6.3.1 前言
• 6.3.2 实验
• 6.3.3 结果和讨论
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文及专利