单晶硅太阳能电池表面织构对其光电特性的影响研究
发布时间：2021-11-26 11:23
晶体硅太阳能电池以性价比高的优势,占据全球光伏产业90%左右的市场份额。为了提高单晶硅太阳能电池的光电转换效率,如何提高单晶硅电池的吸光率和增强光生伏特效应一直是研究热点。本文围绕单晶硅电池表面织构对其光电特性的影响和光电转换效率的提高进行系列的相关研究。提出一种量化表征参数对单晶硅电池表面金字塔织构的均匀性进行量化表征,并利用表征参数优化了制绒工艺参数,得到了光电转换效率较好的单晶硅电池。但绒面晶体硅电池的金字塔谷底和塔顶容易因热应力产生缺陷,通过对单晶硅电池表面金字塔织构进行圆化处理,增强了电池的光生伏特效应,将单晶硅电池的光电转换效率进一步提高。本文从以下几个方面展开研究:（1）分析了单晶硅制绒过程金字塔的生长特点,利用ANSYS模拟绒面单晶硅片高温扩散时金字塔织构热应力分布,研究发现均匀性越好的单晶硅片在高温扩散时热应力越小。提出了相对标准差Sh,可有效量化表征单晶硅电池表面金字塔织构的均匀性。（2）采用不同工艺参数对单晶硅片进行化学制绒,利用相对标准差Sh对金字塔织构的均匀性进行量化表征,得到其相对标准差Sh越...
【文章来源】：集美大学福建省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
金字塔织构高度的图像识别及统计
集美大学硕士学位论文单晶硅太阳能电池表面织构对其光电特性的影响研究4Huang等通过氮化硅层做掩膜刻蚀得到覆盖率较高，均匀性较好的金字塔织构[53]。大量研究表明，通过采用不同的制绒液，调节溶液的浓度、添加剂、刻蚀温度和时间等工艺参数，得到均匀性较好的金字塔织构，从而提高单晶硅电池的光电特性[54]-57]。这些优化制绒工艺的方法有一定效果，但这些优化制绒工艺的方法存在工艺流程繁琐、工作量大和实验样本少所造成的工艺优化的局限性，且缺乏有效的均匀性表征方法，无法得到不同工艺参数与金字塔织构均匀性的对应关系，无法高效快捷得获得最优的工艺参数。1.2.3单晶硅电池表面缺陷与热应力的研究现状单晶硅片由硅锭经过金刚线切割的方法得到，切割完后其表面会产生5μm左右深度的损伤层。单晶硅电池的制造要经过制绒、扩散、镀膜和烧结等诸多生产工序，在这些生产过程中单晶硅片会经历腐蚀、受压和受热，从而会导致单晶硅电池的表面和内部产生缺陷。Hayashi等研究发现单晶硅电池经高温烧结过后，其表面金字塔顶端会出现破损、金字塔谷底延伸出裂纹，这些缺陷会降低晶体硅电池的开路电压[30]，如图1-2所示。Cousins研究单晶硅电池的热氧化过程，发现在高温氧化中硅基底的体积膨胀，导致金字塔的塔顶和谷底产生拉应力和压应力，该应力超过硅的断裂应力，会在整体区域内产生缺陷[58]，如图1-3所示。（a）金字塔顶部缺陷（b）金字塔谷底延伸出缺陷图1-2金字塔表面缺陷[30]（a）金字塔整体应力分析（b）金字塔顶部应力分布图1-3热氧化过程金字塔的应力分析[58]
集美大学硕士学位论文单晶硅太阳能电池表面织构对其光电特性的影响研究6时间增长，金字塔塔顶和谷底变得圆润，圆化率增大[67]；Song等发现圆化可以增大金字塔底部PN结的扩散深度，使扩散更均匀[68]；Yang等通过圆化可以提高减反射膜和导电薄膜与硅基底的接触[69]；Python等发现圆化后氢化非晶硅层的裂纹逐渐减少直到没有[70]，如图1-4所示。以上研究可以得到，通过对金字塔进行圆化处理，增强了钝化效果，可以提高单晶硅电池的光生伏特效应。图1-4圆化前后的裂纹密度[70]1.3存在问题和解决思路在单晶硅表面制备金字塔织构可以提高其光电转换效率，但金字塔织构的均匀性对单晶硅电池的光电特性影响较大，但目前关于金字塔织构均匀性对光电特性的影响均是通过实验现象进行描述，并未从机理上揭示其原因。而对于金字塔织构均匀性的表征也主要通过表面形貌观察和高度统计，并未能定量表征其均匀程度。目前优化制绒工艺的方法存在缺乏理论指导，导致工艺流程繁琐和工作量大所造成的工艺优化的局限性，无法简单便捷的找到最优的工艺参数。单晶硅电池表面制备金字塔织构后会导致光生伏特效应的下降，但光生伏特效应下降的原因并未找到，亟需解决在提高光生伏特效应的同时也提高单晶硅电池的光电转换效率这一关键问题。为了解决以上问题，本文从单晶硅电池制造过程的热应力出发，揭露了金字塔织构均匀性影响其光电特性的原因，提出一种量化表征参数有效的表征金字塔织构的均匀性，并将表征参数与其光电特性建立关系，根据表征参数便捷地优化制绒工艺参数，提高了单晶硅电池的光电转换效率。利用对绒面金字塔织构进行缺陷检测和热应力仿真分析，揭露了光生伏特效应下降的原因，并通过圆化处理提高了单晶硅电池的光生伏特效应，从而将单晶硅电池的光电转
【参考文献】：
期刊论文
[1]薄膜太阳电池研究进展和挑战[J]. 张传军,褚君浩. 中国电机工程学报. 2019(09)
[2]高速滑动电接触导轨温度场与热应力的仿真分析[J]. 郑杜成,徐蓉,成文凭,赵伟康,袁伟群,严萍. 电工电能新技术. 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]基于ABAQUS阀门体铸造动态温度场及热应力分析[J]. 张群威,刘瑞秋. 铸造技术. 2019(03)
[5]地铁车轮踏面紧急制动热应力分析[J]. 周翠,高卿. 山东农业大学学报(自然科学版). 2019(01)
[6]激光掺杂制作选择性发射极晶体硅PERC电池的工艺研究[J]. 庞恒强. 材料导报. 2018(S2)
[7]晶体硅金字塔绒面结构圆化对其光反射率和非晶硅薄膜钝化效果的影响[J]. 龚洪勇,黄海宾,周浪. 人工晶体学报. 2015(04)
[8]太阳能光伏发电成本及平价上网问题研究[J]. 马翠萍,史丹,丛晓男. 当代经济科学. 2014(02)
[9]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)
[10]四甲基氢氧化铵应用于单晶硅高效制绒[J]. 吴文娟,张松,张立元,覃榆森,季静佳,顾晓峰,李果华. 硅酸盐学报. 2011(05)
博士论文
[1]高效硅基纳米绒面太阳电池研究[D]. 钟思华.上海交通大学 2015
[2]黑硅与黑硅太阳电池的制备与性能研究[D]. 岳之浩.南京航空航天大学 2013
[3]碘化氧铋BiOI纳米片状阵列的合成及其应用研究[D]. 王克伟.华中师范大学 2012
[4]硅基太阳能电池陷光材料及陷光结构的研究[D]. 王海燕.郑州大学 2005
硕士论文
[1]单晶硅电池制绒工艺的研究[D]. 龚宁宁.苏州大学 2017
[2]FDI对我国新能源产业影响的分析[D]. 朱媛媛.对外经济贸易大学 2017
[3]基于光伏阵列拓扑的全局最大功率跟踪算法研究[D]. 吕盛华.太原理工大学 2016
[4]光面晶体硅—陷光膜复合的太阳能电池光电特性研究[D]. 杨星.集美大学 2015
[5]少子寿命对4H-SiC n-IGBT特性的影响研究[D]. 周婷.西安电子科技大学 2014
[6]基于技术路线图的战略性新兴产业技术管理研究[D]. 孙婷婷.天津理工大学 2014
[7]背面抛光及钝化多晶硅太阳能电池研究[D]. 贺强.北京交通大学 2013
[8]单晶硅太阳能电池制绒前清洗的研究[D]. 李家澍.复旦大学 2013
[9]大阳光伏公司发展战略研究[D]. 杜毅.上海交通大学 2012
[10]单晶硅太阳电池制绒研究[D]. 王晓燕.上海师范大学 2012
本文编号：3520044
【文章来源】：集美大学福建省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
金字塔织构高度的图像识别及统计
集美大学硕士学位论文单晶硅太阳能电池表面织构对其光电特性的影响研究4Huang等通过氮化硅层做掩膜刻蚀得到覆盖率较高，均匀性较好的金字塔织构[53]。大量研究表明，通过采用不同的制绒液，调节溶液的浓度、添加剂、刻蚀温度和时间等工艺参数，得到均匀性较好的金字塔织构，从而提高单晶硅电池的光电特性[54]-57]。这些优化制绒工艺的方法有一定效果，但这些优化制绒工艺的方法存在工艺流程繁琐、工作量大和实验样本少所造成的工艺优化的局限性，且缺乏有效的均匀性表征方法，无法得到不同工艺参数与金字塔织构均匀性的对应关系，无法高效快捷得获得最优的工艺参数。1.2.3单晶硅电池表面缺陷与热应力的研究现状单晶硅片由硅锭经过金刚线切割的方法得到，切割完后其表面会产生5μm左右深度的损伤层。单晶硅电池的制造要经过制绒、扩散、镀膜和烧结等诸多生产工序，在这些生产过程中单晶硅片会经历腐蚀、受压和受热，从而会导致单晶硅电池的表面和内部产生缺陷。Hayashi等研究发现单晶硅电池经高温烧结过后，其表面金字塔顶端会出现破损、金字塔谷底延伸出裂纹，这些缺陷会降低晶体硅电池的开路电压[30]，如图1-2所示。Cousins研究单晶硅电池的热氧化过程，发现在高温氧化中硅基底的体积膨胀，导致金字塔的塔顶和谷底产生拉应力和压应力，该应力超过硅的断裂应力，会在整体区域内产生缺陷[58]，如图1-3所示。（a）金字塔顶部缺陷（b）金字塔谷底延伸出缺陷图1-2金字塔表面缺陷[30]（a）金字塔整体应力分析（b）金字塔顶部应力分布图1-3热氧化过程金字塔的应力分析[58]
集美大学硕士学位论文单晶硅太阳能电池表面织构对其光电特性的影响研究6时间增长，金字塔塔顶和谷底变得圆润，圆化率增大[67]；Song等发现圆化可以增大金字塔底部PN结的扩散深度，使扩散更均匀[68]；Yang等通过圆化可以提高减反射膜和导电薄膜与硅基底的接触[69]；Python等发现圆化后氢化非晶硅层的裂纹逐渐减少直到没有[70]，如图1-4所示。以上研究可以得到，通过对金字塔进行圆化处理，增强了钝化效果，可以提高单晶硅电池的光生伏特效应。图1-4圆化前后的裂纹密度[70]1.3存在问题和解决思路在单晶硅表面制备金字塔织构可以提高其光电转换效率，但金字塔织构的均匀性对单晶硅电池的光电特性影响较大，但目前关于金字塔织构均匀性对光电特性的影响均是通过实验现象进行描述，并未从机理上揭示其原因。而对于金字塔织构均匀性的表征也主要通过表面形貌观察和高度统计，并未能定量表征其均匀程度。目前优化制绒工艺的方法存在缺乏理论指导，导致工艺流程繁琐和工作量大所造成的工艺优化的局限性，无法简单便捷的找到最优的工艺参数。单晶硅电池表面制备金字塔织构后会导致光生伏特效应的下降，但光生伏特效应下降的原因并未找到，亟需解决在提高光生伏特效应的同时也提高单晶硅电池的光电转换效率这一关键问题。为了解决以上问题，本文从单晶硅电池制造过程的热应力出发，揭露了金字塔织构均匀性影响其光电特性的原因，提出一种量化表征参数有效的表征金字塔织构的均匀性，并将表征参数与其光电特性建立关系，根据表征参数便捷地优化制绒工艺参数，提高了单晶硅电池的光电转换效率。利用对绒面金字塔织构进行缺陷检测和热应力仿真分析，揭露了光生伏特效应下降的原因，并通过圆化处理提高了单晶硅电池的光生伏特效应，从而将单晶硅电池的光电转
【参考文献】：
期刊论文
[1]薄膜太阳电池研究进展和挑战[J]. 张传军,褚君浩. 中国电机工程学报. 2019(09)
[2]高速滑动电接触导轨温度场与热应力的仿真分析[J]. 郑杜成,徐蓉,成文凭,赵伟康,袁伟群,严萍. 电工电能新技术. 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]基于ABAQUS阀门体铸造动态温度场及热应力分析[J]. 张群威,刘瑞秋. 铸造技术. 2019(03)
[5]地铁车轮踏面紧急制动热应力分析[J]. 周翠,高卿. 山东农业大学学报(自然科学版). 2019(01)
[6]激光掺杂制作选择性发射极晶体硅PERC电池的工艺研究[J]. 庞恒强. 材料导报. 2018(S2)
[7]晶体硅金字塔绒面结构圆化对其光反射率和非晶硅薄膜钝化效果的影响[J]. 龚洪勇,黄海宾,周浪. 人工晶体学报. 2015(04)
[8]太阳能光伏发电成本及平价上网问题研究[J]. 马翠萍,史丹,丛晓男. 当代经济科学. 2014(02)
[9]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)
[10]四甲基氢氧化铵应用于单晶硅高效制绒[J]. 吴文娟,张松,张立元,覃榆森,季静佳,顾晓峰,李果华. 硅酸盐学报. 2011(05)
博士论文
[1]高效硅基纳米绒面太阳电池研究[D]. 钟思华.上海交通大学 2015
[2]黑硅与黑硅太阳电池的制备与性能研究[D]. 岳之浩.南京航空航天大学 2013
[3]碘化氧铋BiOI纳米片状阵列的合成及其应用研究[D]. 王克伟.华中师范大学 2012
[4]硅基太阳能电池陷光材料及陷光结构的研究[D]. 王海燕.郑州大学 2005
硕士论文
[1]单晶硅电池制绒工艺的研究[D]. 龚宁宁.苏州大学 2017
[2]FDI对我国新能源产业影响的分析[D]. 朱媛媛.对外经济贸易大学 2017
[3]基于光伏阵列拓扑的全局最大功率跟踪算法研究[D]. 吕盛华.太原理工大学 2016
[4]光面晶体硅—陷光膜复合的太阳能电池光电特性研究[D]. 杨星.集美大学 2015
[5]少子寿命对4H-SiC n-IGBT特性的影响研究[D]. 周婷.西安电子科技大学 2014
[6]基于技术路线图的战略性新兴产业技术管理研究[D]. 孙婷婷.天津理工大学 2014
[7]背面抛光及钝化多晶硅太阳能电池研究[D]. 贺强.北京交通大学 2013
[8]单晶硅太阳能电池制绒前清洗的研究[D]. 李家澍.复旦大学 2013
[9]大阳光伏公司发展战略研究[D]. 杜毅.上海交通大学 2012
[10]单晶硅太阳电池制绒研究[D]. 王晓燕.上海师范大学 2012
本文编号：3520044
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