基于新型微纳减反结构的硅基太阳能电池研究

发布时间：2018-03-27 18:36

  本文选题：太阳能电池　切入点：纳米晶硅薄膜　出处：《江苏大学》2014年博士论文

【摘要】：随着薄膜技术的进步和微纳制造技术的发展,可把薄膜技术、微纳制造技术与硅基太阳能电池结合,形成新型微纳结构的硅基薄膜太阳能电池。 近年来,氢化纳米晶硅薄膜太阳能电池备受瞩目,逐渐成为研究的热点。通过控制工艺条件,可实现带隙大小调节,从而调控有效利用光谱的响应范围。论文提出利用纳米晶硅薄膜和设计微纳减反结构,研究新型微纳减反结构的硅基太阳能电池。通过大量的实验和仿真研究得到以下结论： 一、通过对纳米晶硅薄膜生长机理的研究,经过大量的纳米晶硅薄膜制备实验,初步得到了薄膜沉积时硅烷浓度、沉积速率、射频功率、直流偏压、衬底温度、反应室压强对所制备纳米晶硅薄膜晶粒的尺寸、以及薄膜光学带隙存在的内在关系；通过大量的掺杂实验,得到了本征纳米晶硅掺硼和掺磷时,射频功率、直流偏压、衬底温度、反应室压强等对生成P型纳米晶硅薄膜和N型纳米晶硅薄膜的性能影响；采用AMPS一1D软件对薄膜光学带隙、前端势垒高度①B0、界面层缺陷态、本征层厚度和本征层缺陷态密度进行了仿真,给出了相应的仿真参数,为高性能电池制备工艺的制定提供参考。 二、从理论上阐述了微纳结构的减反效应,并建立了相关光学几何研究模型。采用OptiFDTD.V8.0软件对纳米线或纳米孔减反结构进行了仿真,给出了对应的纳米线或纳米孔的宽度、相邻的间距和深度等优化的结构参数,为制备纳米硅线减反层提供理论支撑；通过化学刻蚀的方法制备并表征了体硅纳米线,在采用飞秒激光烧蚀法纳米硅薄膜制备薄膜纳米线时,需控制飞秒激光的功率不能超过晶相和非晶相的等离子气化阈值,否则会出现烧蚀击穿现象。 三、探明了纳米复合薄膜减反射的机理。纳米金属粒子对入射光线产生核外电子云,并发生振荡,产生局域表面等离子激元,等离子激元与光子相互作用,在适当条件下可以产生前散射,进而起到减反射的作用。 四、制备出两种石墨烯复合薄膜。一是,在石墨烯薄膜上增加TiO2纳米颗粒涂层,形成复合薄膜,其既可以作为电极增加收集载流子能力,又可以作为减反层。二是,在石墨烯薄膜中添加纳米银颗粒,形成Ag/NPs/RGO复合薄膜,既可以作为电极,也可以作为减反层。通过对两种复合薄膜进行了性能表征,发现这两种电极具有优异的电学性能和光学性能,为制备微纳减反结构的纳米硅基电池提供依据。 五、制备出两种新型微纳减反结构的硅基太阳能电池：硅纳米线微纳减反结构电池和基于石墨烯复合薄膜的纳米硅基渐变带隙电池。其中,石墨烯复合薄膜的纳米硅基渐变带隙电池,因采用两种不同结构的石墨烯复合薄膜作为减反层,从而形成了不同结构的纳米硅基渐变带隙薄膜电池：采用二氧化钛为减反层的渐变带隙电池和采用石墨烯中沉积纳米银颗粒为减反层的渐变带隙电池。以二氧化钛复合薄膜为减反层的电池效率为4.97%左右,以纳米银颗粒复合薄膜为减反层的电池效率为4.59%,高于没有采用减反层的“基体”电池效率2.82%。分析了影响这些电池效率的主要因素：在沉积纳米硅薄膜时,薄膜沉积的表面不是很平整,导致在涂石墨烯复合薄膜时,难以做到石墨烯与硅薄膜表面很好结合,影响了载流子的收集,降低了短路电流和开路电压,其填充因子也受到很大制约。此外,还有石墨烯在提拉的过程中,薄膜厚度不均匀也会影响入射光线,进而影响吸收有效的光子数量。在硅纳米线微纳减反电池中,经检测有减反层的电池性能明显优于没有减反层的电池性能。
[Abstract]:With the progress of thin film technology and the development of micro nano fabrication technology, thin film technology, micro nano fabrication technology and silicon based solar cells can be combined to form a new type of micro and nano structure silicon based thin film solar cell.
In recent years, the solar cell hydrogenated nanocrystalline silicon films has attracted much attention, and gradually become a research hotspot. By controlling the process conditions, can realize the gap size regulation, to regulate the effective use of spectrum response. In this paper we use the micro nano antireflection structure of nanocrystalline silicon thin film and Design Research of new micro nano reduction of silicon solar cells antistructure. Get the following conclusions through the experiment and simulation results:
涓，

本文编号：1672739