复合光功能织构膜晶体硅电池光学特性研究
发布时间：2020-12-22 08:12
目前晶体硅电池约占全球光伏总产量的90%,在实际应用中晶体硅电池的光电转换率有待进一步提高。提高晶体硅电池光电转换效率的关键在于如何减少电池表面反射损失和增强光生伏特效应。目前主要通过在晶体硅电池表面制备光功能织构或复合光功能织构膜这两种基本途径来提高晶体硅电池的吸光率。在晶体硅电池表面直接制备光功能织构能有效降低其表面反射损失,同时也会增加晶体硅表面缺陷密度,削弱其光生伏特效应;且晶体硅电池表面栅线电极会带来遮光损失,限制其吸光率的提高。在表面缺陷较少的光面晶体硅电池表面复合光功能织构膜可有效提高其吸光率,本文提出将表面带有微米尺度棱锥阵列的陷光织构膜与光生伏特效应较高的光面晶体硅电池复合,从而提高光面晶体硅电池整体光电转换效率。本文主要从以下几个方面展开研究:(1)综合分析晶体硅电池现有光功能织构制备方法对其光电特性的不良影响,提出在光面晶体硅电池表面复合带有微米织构的陷光膜构成一种新型的复合结构电池。基于几何光学理论分析表面带有棱锥阵列的陷光织构膜内外表面光线传播过程及其陷光机理,并探究绒面晶体硅电池与复合结构电池的减反特性差异及优缺点。(2)建立陷光单元外表面反射损失与内表面折...
【文章来源】：集美大学福建省
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
晶体硅物理
集美大学硕士学位论文复合光功能织构膜晶体硅电池光学特性研究3多晶硅体内晶胞在空间方位上无规则排列，晶体呈各向同性的特点，使用酸法刻蚀可在多晶硅表面得到随机分布的圆形绒面织构[30]，如图1-2(a)所示[31]；②由于单晶硅内晶体排布具有各向异性，导致单晶硅在碱性溶液中晶体取向为(111)方向的蚀刻深度最小，经碱法刻蚀后的单晶硅表面会形成随机分布的“金字塔”织构，如图1-2(b)所示[32]。在目前工艺条件下，使用含有氢氟酸与硝酸(HF/HNO3)的溶液对多晶硅表面进行同向性刻蚀是工业生产中的普遍选择[30]，但多晶硅电池经酸法刻蚀后的表面反射率以及最终转换效率均低于应用碱法刻蚀的单晶硅电池[33,34]，因此单晶硅电池获得了更广泛的应用。单晶硅在碱法蚀刻过程中最常见的试剂是氢氧化钠(NaOH)或氢氧化钾(KOH)，单晶硅表面最终形成的“金字塔”织构尺寸以及均匀性与溶液浓度和反应时间显著相关[35]。由于单晶硅蚀刻过程在水溶液中进行，反应过程中形成的气泡会阻碍碱性离子与硅原子间发生化学反应，导致单晶硅表面形成的“金字塔”织构均匀性降低[36]。为在单晶硅表面获得减反效果更好的均匀织构，可在KOH或NaOH的水溶液中添加不直接参与反应的活性剂异丙醇(IPA)去除硅表面气泡以控制刻蚀速率，可得到较为理想的表面织构[32]；在反应过程中提供连续性搅拌或者超声震动也可达到去除气泡的效果，最终可得到更为均匀的“金字塔”织构[37]；使用兼容性较好的四甲基氢氧化铵(TMAH)替代传统KOH或NaOH试剂也可获得较好刻蚀效果，正逐渐广泛应用于对单晶硅的纹理刻蚀[38,39]。(a)多晶硅表面随机绒面织构[31]；(b)单晶硅表面随机金字塔织构[32]；图1-2晶体硅化学刻蚀制备光功能织构1.3晶体硅表面织构化缺陷晶体硅表面直接制备光功能织构可取?
集美大学硕士学位论文复合光功能织构膜晶体硅电池光学特性研究4的应力集中效应将导致晶格位错缺陷加剧[42,43]；③晶体硅表面织构会增大电池表面电极的接触电阻，导致电池光生电流强度降低；④化学刻蚀后的晶体硅表面存在离子污染，会降低晶体硅电池内少数载流子寿命[41]；⑤硅晶格的连续性在光功能织构中被破坏，会暴露出不饱和的悬空键，导致晶体硅电池内部的载流子复合几率上升[44]。Cousins[45]等对受热过程中晶体硅表面微结构体积膨胀进行研究，发现高温下“金字塔”塔尖和塔顶会产生明显的应力集中现象，如图1-3所示。Cabrera[46]等人发现“金字塔”织构的存在会导致印刷电极与晶体硅表面的不良接触，降低电极对光生电流的收集效率；Khanna[47]等人研究后发现，印刷银浆会在晶体硅表面织构上空间分布不均，如图1-4所示，“金字塔”织构平均分布高度过大会明显增加电极与晶体硅的接触电阻。研究表明晶体硅表面织构化带来的缺陷会制约晶体硅电池最终光电转换效率的提高。图1-3织构在高温下的应力集中效应[45]图1-4“金字塔”织构引起银浆分布不均[47]为降低晶体硅电池表面光功能织构对其光电转换能力的削弱，国内外学者开展了大量相关研究。Mueller[48]等在晶体硅表面沉积等离子薄膜层，这些等离子可以饱和界面上的悬挂键，达到减少表面缺陷，降低表面复合速率的目的。徐嶺茂[49]等人研究了单晶硅片在高温热处理中的滑移行为，发现对单晶硅采用快速热处理可使晶格位错发生滑移，减少晶格位错缺陷；Python[50]等发现随着“金字塔”织构顶端曲率半径的增加或底部夹角的减小，晶体硅电池缺陷密度会降低，开路电压和填充因子会升高；Edwards等[51]发现对单晶硅表面织构使用化学试剂进行适当抛光可提高绒面晶体硅电池光生伏特效应
【参考文献】：
期刊论文
[1]水电水利规范设计总院发布《中国可再生能源发展报告2018》[J]. 四川水力发电. 2019(S2)
[2]基于TracePro的开放型高反射回归器件的研究[J]. 付秀华,马国俊,吕景文,刘冬梅,张静,赵迪. 光学学报. 2019(11)
[3]晶体硅电池表面光功能织构及其制备的研究进展[J]. 许志龙,徐西鹏,黄辉,谭援强. 机械工程学报. 2019(09)
[4]光伏发电领域研究现状及趋势——基于CiteSpace的可视化分析[J]. 何凯. 太阳能. 2018(09)
[5]我国能源资源现状与发展趋势[J]. 方圆,张万益,曹佳文,朱龙伟. 矿产保护与利用. 2018(04)
[6]光面晶体硅-陷光膜复合电池光电特性研究[J]. 许志龙,杨小璠,黄种明,刘菊东,王素,方芳. 太阳能学报. 2017(12)
[7]光学薄膜微细结构制造方法新进展[J]. 易培云,彭林法,来新民. 科学通报. 2015(Z2)
[8]中国能源革命与低碳发展的战略选择[J]. 何建坤. 武汉大学学报(哲学社会科学版). 2015(01)
[9]基于Tracepro的微棱镜反光膜正入射无效光分析[J]. 皮钧,商开. 光子学报. 2014(04)
[10]单晶硅片中的位错在快速热处理过程中的滑移[J]. 徐嶺茂,高超,董鹏,赵建江,马向阳,杨德仁. 物理学报. 2013(16)
硕士论文
[1]晶体硅材料的机械性能及相关太阳电池工艺的研究[D]. 李中兰.浙江大学 2010
本文编号：2931437
【文章来源】：集美大学福建省
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
晶体硅物理
集美大学硕士学位论文复合光功能织构膜晶体硅电池光学特性研究3多晶硅体内晶胞在空间方位上无规则排列，晶体呈各向同性的特点，使用酸法刻蚀可在多晶硅表面得到随机分布的圆形绒面织构[30]，如图1-2(a)所示[31]；②由于单晶硅内晶体排布具有各向异性，导致单晶硅在碱性溶液中晶体取向为(111)方向的蚀刻深度最小，经碱法刻蚀后的单晶硅表面会形成随机分布的“金字塔”织构，如图1-2(b)所示[32]。在目前工艺条件下，使用含有氢氟酸与硝酸(HF/HNO3)的溶液对多晶硅表面进行同向性刻蚀是工业生产中的普遍选择[30]，但多晶硅电池经酸法刻蚀后的表面反射率以及最终转换效率均低于应用碱法刻蚀的单晶硅电池[33,34]，因此单晶硅电池获得了更广泛的应用。单晶硅在碱法蚀刻过程中最常见的试剂是氢氧化钠(NaOH)或氢氧化钾(KOH)，单晶硅表面最终形成的“金字塔”织构尺寸以及均匀性与溶液浓度和反应时间显著相关[35]。由于单晶硅蚀刻过程在水溶液中进行，反应过程中形成的气泡会阻碍碱性离子与硅原子间发生化学反应，导致单晶硅表面形成的“金字塔”织构均匀性降低[36]。为在单晶硅表面获得减反效果更好的均匀织构，可在KOH或NaOH的水溶液中添加不直接参与反应的活性剂异丙醇(IPA)去除硅表面气泡以控制刻蚀速率，可得到较为理想的表面织构[32]；在反应过程中提供连续性搅拌或者超声震动也可达到去除气泡的效果，最终可得到更为均匀的“金字塔”织构[37]；使用兼容性较好的四甲基氢氧化铵(TMAH)替代传统KOH或NaOH试剂也可获得较好刻蚀效果，正逐渐广泛应用于对单晶硅的纹理刻蚀[38,39]。(a)多晶硅表面随机绒面织构[31]；(b)单晶硅表面随机金字塔织构[32]；图1-2晶体硅化学刻蚀制备光功能织构1.3晶体硅表面织构化缺陷晶体硅表面直接制备光功能织构可取?
集美大学硕士学位论文复合光功能织构膜晶体硅电池光学特性研究4的应力集中效应将导致晶格位错缺陷加剧[42,43]；③晶体硅表面织构会增大电池表面电极的接触电阻，导致电池光生电流强度降低；④化学刻蚀后的晶体硅表面存在离子污染，会降低晶体硅电池内少数载流子寿命[41]；⑤硅晶格的连续性在光功能织构中被破坏，会暴露出不饱和的悬空键，导致晶体硅电池内部的载流子复合几率上升[44]。Cousins[45]等对受热过程中晶体硅表面微结构体积膨胀进行研究，发现高温下“金字塔”塔尖和塔顶会产生明显的应力集中现象，如图1-3所示。Cabrera[46]等人发现“金字塔”织构的存在会导致印刷电极与晶体硅表面的不良接触，降低电极对光生电流的收集效率；Khanna[47]等人研究后发现，印刷银浆会在晶体硅表面织构上空间分布不均，如图1-4所示，“金字塔”织构平均分布高度过大会明显增加电极与晶体硅的接触电阻。研究表明晶体硅表面织构化带来的缺陷会制约晶体硅电池最终光电转换效率的提高。图1-3织构在高温下的应力集中效应[45]图1-4“金字塔”织构引起银浆分布不均[47]为降低晶体硅电池表面光功能织构对其光电转换能力的削弱，国内外学者开展了大量相关研究。Mueller[48]等在晶体硅表面沉积等离子薄膜层，这些等离子可以饱和界面上的悬挂键，达到减少表面缺陷，降低表面复合速率的目的。徐嶺茂[49]等人研究了单晶硅片在高温热处理中的滑移行为，发现对单晶硅采用快速热处理可使晶格位错发生滑移，减少晶格位错缺陷；Python[50]等发现随着“金字塔”织构顶端曲率半径的增加或底部夹角的减小，晶体硅电池缺陷密度会降低，开路电压和填充因子会升高；Edwards等[51]发现对单晶硅表面织构使用化学试剂进行适当抛光可提高绒面晶体硅电池光生伏特效应
【参考文献】：
期刊论文
[1]水电水利规范设计总院发布《中国可再生能源发展报告2018》[J]. 四川水力发电. 2019(S2)
[2]基于TracePro的开放型高反射回归器件的研究[J]. 付秀华,马国俊,吕景文,刘冬梅,张静,赵迪. 光学学报. 2019(11)
[3]晶体硅电池表面光功能织构及其制备的研究进展[J]. 许志龙,徐西鹏,黄辉,谭援强. 机械工程学报. 2019(09)
[4]光伏发电领域研究现状及趋势——基于CiteSpace的可视化分析[J]. 何凯. 太阳能. 2018(09)
[5]我国能源资源现状与发展趋势[J]. 方圆,张万益,曹佳文,朱龙伟. 矿产保护与利用. 2018(04)
[6]光面晶体硅-陷光膜复合电池光电特性研究[J]. 许志龙,杨小璠,黄种明,刘菊东,王素,方芳. 太阳能学报. 2017(12)
[7]光学薄膜微细结构制造方法新进展[J]. 易培云,彭林法,来新民. 科学通报. 2015(Z2)
[8]中国能源革命与低碳发展的战略选择[J]. 何建坤. 武汉大学学报(哲学社会科学版). 2015(01)
[9]基于Tracepro的微棱镜反光膜正入射无效光分析[J]. 皮钧,商开. 光子学报. 2014(04)
[10]单晶硅片中的位错在快速热处理过程中的滑移[J]. 徐嶺茂,高超,董鹏,赵建江,马向阳,杨德仁. 物理学报. 2013(16)
硕士论文
[1]晶体硅材料的机械性能及相关太阳电池工艺的研究[D]. 李中兰.浙江大学 2010
本文编号：2931437
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