晶硅太阳能电池前栅线电极金属化的研究

发布时间：2017-08-27 22:15

  本文关键词：晶硅太阳能电池前栅线电极金属化的研究

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【摘要】：晶硅太阳能电池由于其能量转换效率高是目前市场占有率最高的太阳能电池。如何提高晶硅太阳能电池光电转化效率的同时降低其生产成本是工业界面临的最大难题。晶硅太阳能电池片的生产成本主要有三部分：铝背电极,晶体硅和银前栅线电极,其中银电极占整片电池成本的10%-20%。为了降低生产成本,导电性能好、价格便宜的金属铜被作为晶硅太阳能电池前栅线电极材料。 我们实验室前期提出了世界上首次采用无激光开槽的全光诱导直接电镀铜前栅线电极技术,实现晶硅太阳能电池前栅线电极的金属化。而这项工作最重要的部分就是直接在晶硅太阳能电池中用光诱导电化学沉积均匀覆盖的金属,形成铜电极的扩散阻挡层和附着层。其中最关键的问题：怎样在半导体上直接形成均匀覆盖的金属层?光诱导电镀有哪些因素影响? 在晶硅太阳能电池上直接光诱导沉积金属,存在着半导体与溶液界面的问题,特别是溶液的平衡电势和半导体的费米能级的相对位置。除此之外,由于铜原子很容易扩散到硅中,在PN结内形成复合中心,降低了晶硅太阳能电池的光电转化效率和使用寿命。为了解决这个问题,还需要在硅和铜电极之间增加一层扩散阻挡层材料。因此在晶硅太阳能电池上直接沉积的金属将起到扩散阻挡和增强附着力的作用。而钴由于在硅中扩散速率低,通过快速退火处理可以与硅形成较好的欧姆接触而选择作为电镀铜电极的种子层和阻挡铜原子扩散的阻挡层材料。 本论文主要通过研究光诱导电镀直接在半成品的晶硅太阳能电池上直接沉积的机制,从而形成均匀覆盖的金属。通过分析半导体的费米能级和金属离子的平衡电势的关系结合伏安线性扫描、电化学阻抗谱和镀液对光谱的吸收,得到了影响光诱导电镀的因素。并且通过结构和形貌表征(SEM、XRD),证实可以得到均匀致密的钴、镍、锌、铋镀层,并且钴镀层与硅衬底的接触十分紧密。 为了进一步验证钴可以和硅形成很好的欧姆接触且能增强铜的附着力,本论文在得到均匀覆盖的钴之后,进行退火处理形成欧姆接触,然后再沉积一层铜。钴和硅通过快速退火后,由Ⅰ-Ⅴ曲线可以看出形成了欧姆接触,同时通过调控退火温度可以得到均匀致密、导电性好的钴硅化物CoSi2o在没有激光开槽、光刻的条件下,仅依靠具有栅线形状的挡光板在3cm*3cm的晶硅太阳能电池衬底上得到了15根宽度为1mm的钴栅线,通过快速退火处理并电镀铜电极。最终得到了Si/CoSi2/Co/Cu结构的新型前栅线电极结构。进一步验证了全光诱导直接电镀铜前栅线电极技术。 本论文的工作将推动晶硅太阳能电池全光诱导直接电镀铜前栅线电极技术的发展,进一步降低晶硅太阳能电池的生产成本。
【关键词】：晶硅太阳能电池 光诱导电镀 欧姆接触层 电化学 半导体器件
【学位授予单位】：云南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.41
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-22
• 1.1 晶硅太阳能电池概述9-12
• 1.1.1 研究背景9-11
• 1.1.2 发展历程11-12
• 1.2 晶硅太阳能电池的工作原理及其分类12-14
• 1.2.1 晶硅太阳能电池的基本工作原理12-13
• 1.2.2 晶硅太阳能电池的分类13-14
• 1.3 晶硅太阳能电池前栅线电极的制备14-19
• 1.3.1 丝网印刷银前栅线电极14-15
• 1.3.2 移印前栅线电极15-16
• 1.3.3 喷墨打印前栅线电极16-17
• 1.3.4 光诱导电镀前栅线电极17-19
• 1.4 新型双层前栅线电极结构19
• 1.5 晶硅太阳能电池的表征19-21
• 1.5.1 电学性能的表征19-21
• 1.5.2 力学性能的表征21
• 1.6 本论文的工作重点及意义21-22
• 第二章 实验原理及表征方法22-36
• 2.1 实验材料及设备22-25
• 2.1.1 半成品晶硅太阳能电池22-23
• 2.1.2 主要化学试剂23-24
• 2.1.3 主要制备仪器及表征设备24-25
• 2.2 在半成品晶硅太阳能电池表面光诱导电镀25-30
• 2.2.1 实验装置25
• 2.2.2 衬底的预处理25-26
• 2.2.3 光诱导电镀原理26-27
• 2.2.4 恒流电镀原理27-29
• 2.2.5 脉冲电镀原理29-30
• 2.3 镀层金属的物理表征方法30-31
• 2.3.1 X-射线衍射(XRD)30
• 2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)30-31
• 2.3.3 透射电子显微镜(TEM)31
• 2.3.4 光吸收31
• 2.4 镀层金属的电化学表征方法31-34
• 2.4.1 实验装置31-32
• 2.4.2 循环伏安法(CV)32-33
• 2.4.3 交流阻抗谱测试(EIS)33-34
• 2.5 镀层金属的电学表征34-35
• 2.5.1 不同金属光诱导电镀速率34-35
• 2.6 本章小结35-36
• 第三章 光诱导电镀不同金属及表征36-50
• 3.1 引言36
• 3.2 不同镀液与衬底接触时的界面表征36-43
• 3.2.1 CV特性39-40
• 3.2.2 镀液对光谱的吸收特性40-42
• 3.2.3 EIS特性42-43
• 3.3 光诱导电镀43-46
• 3.3.1 光诱导电镀不同金属43-46
• 3.4 镀层的基本表征46-49
• 3.4.1 XRD物相分析46
• 3.4.2 SEM形貌分析46-48
• 3.4.3 TEM截面分析48-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第四章 CoSi_2/Co/Cu前栅线电极的制备及性能测试50-61
• 41 引言50
• 4.2 制备欧姆接触层50-53
• 4.2.1 欧姆接触测试50-51
• 4.2.2 光诱导电镀钴栅线51-53
• 4.3 欧姆接触层的表征53-56
• 4.3.1 快速退火处理53-54
• 4.3.2 XRD物相分析54-55
• 4.3.3 SEM形貌分析55-56
• 4.4 电镀铜前栅线电极56-58
• 4.4.1 在银栅线上恒流电镀铜电极56-57
• 4.4.2 在欧姆接触层上脉冲电镀铜电极57-58
• 4.5 电池性能测试及优化58-59
• 4.6 前栅线电极的物理性能研究59-60
• 4.6.1 前栅线电极附着力的研究59-60
• 4.7 本章小结60-61
• 第五章 总结与展望61-63
• 5.1 总结61-62
• 5.2 展望62-63
• 参考文献63-71
• 攻读硕士期间参与的课题、取得的成果及奖励71-73
• 参与导师的研究课题71
• 硕士期间的成果71-73
• 已发表的文章71
• 审稿中的文章71-72
• 已申请的专利72
• 获奖情况72-73
• 致谢73

【共引文献】

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1 廖乃镘;龙飞;罗春林;雷仁方;李贝;李仁豪;;减少硅片湿法清洗工艺铁离子沾污研究[J];半导体光电;2011年04期

2 罗俊一,沈益军,李刚,刘培东,张锦心,包宗明,黄宜平;表面光电压法研究抛光硅片制造中铁沾污的来源[J];材料科学与工程;2001年01期

3 莫烨强;罗建成;;光诱导沉积技术的发展及其在光伏工业中的应用[J];电镀与涂饰;2012年04期

4 廖乃镘;林海青;向华兵;李贝;李仁豪;;表面光电压法研究氧化工艺铁离子沾污[J];半导体光电;2013年04期

5 吉川;张光超;徐进;;Influence of co-precipitation of copper and nickel on the formation of a denuded zone in Czochralski silicon[J];Journal of Semiconductors;2013年10期

6 岳文瑾;聂光军;;量子点在聚合物太阳电池中的应用[J];半导体光电;2013年05期

7 王瑾;温廷敦;许丽萍;王志斌;樊彩霞;;太阳能光伏电池的发展趋势及产业化[J];安徽师范大学学报(自然科学版);2013年05期

8 宋登元;郑小强;;高效率晶体硅太阳电池研究及产业化进展[J];半导体技术;2013年11期

9 李静;王建军;陈贵锋;;新型纳米太阳电池研究进展[J];电源技术;2013年08期

10 Liwei Wang;Feiyao Qing;Yeping Sun;Xiaoyu Li;Haiqiao Wang;;Synthesis and Photovoltaic Properties of Poly(5,6-bis(octyloxy)-4,7- di(thiophen-2-yl)benzo-[c][1,2,5]-thiadiazole-9,9-dioctylfuorene)[J];Journal of Materials Science & Technology;2013年12期

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1 曹镛;吴宏滨;黄飞;陈军武;;聚合物异质结太阳电池-进展与展望(摘要)[A];“广东省光学学会2013年学术交流大会”暨“粤港台光学界产学研合作交流大会”会议手册论文集[C];2013年

2 李卫东;丁钧;孙樵;;几种常见风力发电机组的对比分析[A];中国农机工业协会风能设备分会《风能产业》（2013年第8期）[C];2013年

3 黄红艳;傅妮娜;刘书利;李劝;赵保敏;黄维;;基于S-和N-杂环小分子材料的合成、表征[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第16分会：π-共轭材料[C];2014年

4 陈立桅;;能源纳米器件中的材料与界面研究[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第37分会：能源纳米科学与技术[C];2014年

5 孔朝志;付小林;冯永刚;;基于MATLAB的风力发电机组控制算法的研究[A];中国农机工业协会风能设备分会《风能产业》（2014年第10期)[C];2014年

6 路胜利;胡桂林;李国能;张邦虎;;原位电化学聚合杂化太阳能电池光伏性能研究[A];能源高效清洁利用及新能源技术——2012动力工程青年学术论坛论文集[C];2013年

7 陈立桅;;能源纳米器件中的材料和界面研究[A];第十三届固态化学与无机合成学术会议论文摘要集[C];2014年

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1 梅向阳;真空定向凝固法去除硅中金属杂质和晶体生长控制的研究[D];昆明理工大学;2010年

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3 席珍强;晶体硅中过渡族金属的沉淀规律[D];浙江大学;2003年

4 江素华;等离子体浸没注入对Ta薄膜的改性及Cu/Ta-X/SiO_2体系失效机理研究[D];复旦大学;2005年

5 陈君;铸造多晶硅晶界电学特性的EBIC研究[D];浙江大学;2005年

6 朱鑫;掺锗直拉硅中的杂质缺陷及其光伏应用研究[D];浙江大学;2008年

7 曹博;铜硅体系的扩散和界面反应[D];兰州大学;2008年

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9 申小娟;基于硅纳米线阵列的有机/无机杂化光伏电池的制备及性能表征研究[D];苏州大学;2013年

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1 林丽霞;直拉单晶硅的内吸杂效应及铜沉淀行为[D];浙江大学;2011年

2 李莉莉;八面体中3d~5离子g因子和超精细结构常数的理论研究[D];电子科技大学;2011年

3 张思华;扩散激活能的尺寸效应[D];吉林大学;2004年

4 吴冬冬;快速热处理下单晶硅中过渡族金属行为的研究[D];浙江大学;2005年

5 贾艳辉;Cu/Si（100）体系的扩散和界面反应[D];兰州大学;2009年

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8 宁婕妤;镍/铜基薄膜的可控制备和应用研究[D];北京交通大学;2013年

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10 孙士洋;太阳能电池前电极的制备及表征[D];成都理工大学;2013年

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