基于微粒自组装掩模的硅基纳米线异质结电池的设计与制备
发布时间：2021-12-29 00:11
由于世界人口的迅速增长和生活水平的提高对能源的需求中的迅速增长,使得能源危机与环境污染等问题变得越来越尖锐。化石能源的日益枯竭和地球环境的逐年恶化,太阳能等清洁能源越来越引起人们的重视。其中太阳能发电主要方式是光伏发电。除气候问题影响,制约光伏发电广泛使用的主要原因是电池价格比较高昂。硅材料储量丰富,无毒害,是光伏电池的主要原料。但光伏电池中所使用的晶体硅成本比较高昂。所以很多商家为降低成本尽量减小硅片的厚度这会直接影响光伏电池的效率。因此,在减少光伏电池制造成本的基础上,同时提高电池的转换效率至关重要。本文针对光伏电池制备成本高、转换效率低这一问题,提出一种新型纳米线电池,具体研究内容如下:（1）研究我国今年来光伏装机情况,当前我国光伏装机总量位居世界第一。研究光伏纳米线电池、光伏异质结电池的研究现状与前景。当前异质结平面电池转换效率可达26.6%。（2）分析会影响光伏电池转换效率的原因,光损失、串并联电阻以及载流子复合等原因。可以通过增加减反层来减少光学损失,通过调整本征层厚度来控制串联电阻的阻值,通过钝化工艺减小载流子复合现象。（3）模拟分析不同材料对太阳光的吸收,将窄带宽晶体硅...
【文章来源】：上海电机学院上海市
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
011-2017年我国与全球光伏新增装机Fig.1-1NewlyInstalledofPVinChinaandtotalfrom2011to2017
上海电机学院硕士学位论文-2-图1-12011-2017年我国与全球光伏新增装机Fig.1-1NewlyInstalledofPVinChinaandtotalfrom2011to2017图1-22011-2017年我国与全球光伏累计装机Fig.1-2CumulativeinstalledcapacityofPVinChinaandtotalfrom2011to2017最近几年我国光伏装机快速增长。2017年，我国新增装机53GW，占全球市场的52％，总装机容量达到了130.42GW，约为全球总装机的三分之一。随着国家“光伏领跑者计划”、“超级领跑者计划”等政策的实施，我国在光伏产业上发展迅速。
上海电机学院硕士学位论文-8-图1-3HIT电池结构示意图[37]Fig.1-3HITbatterystructurediagramHIT电池简单示意如上]图1-3所示,电池选择以n型单晶硅作为衬底，电池正面从上到下依次是金属集电极、透明导电氧化物薄膜（TCO）、掺杂的p型非晶硅薄膜和本征非晶硅薄膜，其中pn异质结由p型非晶硅和n型单晶硅构成；电池背面从下到上依次是金属集电极、TCO、掺杂的n型非晶硅薄膜和本征非晶硅薄膜。其中存在本征非晶硅薄膜层是此结构中最为重要的一点。其以价格低廉的非晶硅作为发射层,其发射层是掺杂非晶硅材料,在对单晶硅进行沉积制备时,只需要两百摄氏度左右即可满足制备温度要求,而低温工艺也降低了单晶硅衬底的界面损伤,并且存在本征层使界面钝化性能更好。因此,HIT太阳能电池具有界面钝化性能好、工艺温度低、转化效率高以及生产成本低的商业价值,得到了广泛且快速的发展。通过使用本征非晶硅层作钝化层,掺杂a-Si/c-Si异质结界面的钝化性能得到改善。虽然引入本征非晶硅层会导致组件串联电阻的增加,引起填充因子降低,但优异的界面钝化可使组件获得更大的Voc,总转化效率得到提高[16]。近年来,国内外科研机构对制备工艺进行优化,效率在不断刷新纪录。2011年三洋公司得到23％的转换效率[17]。2014年松下公司（已并购三洋）得到24.7％的转换效率[18]。2015年Kaneka公司继续刷新纪录得到25.1％的转换效率，日前Kaneka公司HBC电池得到26.6％的转换效率[19-20]。当下在异质结太阳电池的生产和研发领域，只有松下公司的异质结电池做到了工业化，但是其具体的工艺制备过程和相关参数从未公开。除松下的其他研究机构和企业尽管对与异质结光伏电池进行了有力有效的科研开发，但是相比于松下的成果显然存在一些差距，直至今日依旧没有研究机构可以重复或达到他们?
【参考文献】：
期刊论文
[1]非晶硅/微晶硅叠层电池的模拟研究[J]. 张若云,黄仕华,何绿,郝亚非. 半导体光电. 2016(04)
[2]影响晶体硅太阳能电池片效率的因素分析及改善措施[J]. 张希堂,任明淑. 信息记录材料. 2013(04)
[3]晶体硅太阳能电池少子寿命测试方法[J]. 周春兰,王文静. 中国测试技术. 2007(06)
硕士论文
[1]垂直纳米线结构太阳能电池吸收层的设计与制备研究[D]. 刘玉莹.长春理工大学 2019
[2]HIT太阳能电池各层对器件影响的研究[D]. 韩兴.西安电子科技大学 2019
[3]a-Si/c-Si异质结太阳能电池的制备与性能研究[D]. 杨秀钰.华北电力大学(北京) 2019
本文编号：3555004
【文章来源】：上海电机学院上海市
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
011-2017年我国与全球光伏新增装机Fig.1-1NewlyInstalledofPVinChinaandtotalfrom2011to2017
上海电机学院硕士学位论文-2-图1-12011-2017年我国与全球光伏新增装机Fig.1-1NewlyInstalledofPVinChinaandtotalfrom2011to2017图1-22011-2017年我国与全球光伏累计装机Fig.1-2CumulativeinstalledcapacityofPVinChinaandtotalfrom2011to2017最近几年我国光伏装机快速增长。2017年，我国新增装机53GW，占全球市场的52％，总装机容量达到了130.42GW，约为全球总装机的三分之一。随着国家“光伏领跑者计划”、“超级领跑者计划”等政策的实施，我国在光伏产业上发展迅速。
上海电机学院硕士学位论文-8-图1-3HIT电池结构示意图[37]Fig.1-3HITbatterystructurediagramHIT电池简单示意如上]图1-3所示,电池选择以n型单晶硅作为衬底，电池正面从上到下依次是金属集电极、透明导电氧化物薄膜（TCO）、掺杂的p型非晶硅薄膜和本征非晶硅薄膜，其中pn异质结由p型非晶硅和n型单晶硅构成；电池背面从下到上依次是金属集电极、TCO、掺杂的n型非晶硅薄膜和本征非晶硅薄膜。其中存在本征非晶硅薄膜层是此结构中最为重要的一点。其以价格低廉的非晶硅作为发射层,其发射层是掺杂非晶硅材料,在对单晶硅进行沉积制备时,只需要两百摄氏度左右即可满足制备温度要求,而低温工艺也降低了单晶硅衬底的界面损伤,并且存在本征层使界面钝化性能更好。因此,HIT太阳能电池具有界面钝化性能好、工艺温度低、转化效率高以及生产成本低的商业价值,得到了广泛且快速的发展。通过使用本征非晶硅层作钝化层,掺杂a-Si/c-Si异质结界面的钝化性能得到改善。虽然引入本征非晶硅层会导致组件串联电阻的增加,引起填充因子降低,但优异的界面钝化可使组件获得更大的Voc,总转化效率得到提高[16]。近年来,国内外科研机构对制备工艺进行优化,效率在不断刷新纪录。2011年三洋公司得到23％的转换效率[17]。2014年松下公司（已并购三洋）得到24.7％的转换效率[18]。2015年Kaneka公司继续刷新纪录得到25.1％的转换效率，日前Kaneka公司HBC电池得到26.6％的转换效率[19-20]。当下在异质结太阳电池的生产和研发领域，只有松下公司的异质结电池做到了工业化，但是其具体的工艺制备过程和相关参数从未公开。除松下的其他研究机构和企业尽管对与异质结光伏电池进行了有力有效的科研开发，但是相比于松下的成果显然存在一些差距，直至今日依旧没有研究机构可以重复或达到他们?
【参考文献】：
期刊论文
[1]非晶硅/微晶硅叠层电池的模拟研究[J]. 张若云,黄仕华,何绿,郝亚非. 半导体光电. 2016(04)
[2]影响晶体硅太阳能电池片效率的因素分析及改善措施[J]. 张希堂,任明淑. 信息记录材料. 2013(04)
[3]晶体硅太阳能电池少子寿命测试方法[J]. 周春兰,王文静. 中国测试技术. 2007(06)
硕士论文
[1]垂直纳米线结构太阳能电池吸收层的设计与制备研究[D]. 刘玉莹.长春理工大学 2019
[2]HIT太阳能电池各层对器件影响的研究[D]. 韩兴.西安电子科技大学 2019
[3]a-Si/c-Si异质结太阳能电池的制备与性能研究[D]. 杨秀钰.华北电力大学(北京) 2019
本文编号：3555004
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