硅基微米铅笔阵列结构在太阳电池中的应用研究
发布时间：2021-08-25 15:38
纳米绒面黑硅结构能够在不外加减反层的情况下获得良好的陷光作用,但是在实际应用中受限于严重的复合和较大寄生面积,因而,仍旧需要减反层和钝化层,这在一定程度上削弱了黑硅结构的优势和发展。本论文采用了微米阵列结构代替了传统的纳米尺寸绒面应用到太阳电池当中。微米阵列结构能够将平均反射率控制在2%之下,光吸收性能良好。研究发现具有良好径向结的微米阵列结构太阳电池可以通过提供电场来有效地抑制表面和俄歇复合。径向掺杂的电池甚至显示出与平面参照电池一样好的内量子效率,并且微米阵列结构的少数载流子寿命几乎与总表面积无关。随着从完全扩散到核-壳结构的突然变化,短路电流密度损失显著降低,表明径向p-n+结对抑制俄歇复合的强大效力。此外,与参照电池相比,具有径向结的微米阵列太阳电池显示出37%的效率增加,在未来有很大的应用前景。
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
p-n结形成图
上海交通大学硕士学位论文绪论41.2.2径向p-n结和轴向p-n结图1.2(a)径向p-n结[8](b)轴向p-n结[9]。Figure1.2(a)Radialp-njunctionand[8](b)axialp-njunction[9].由于接触方式不同，p-n结可以简单分为两类。如图1.2所示，径向p-n结[8]，顾名思义p型和n型是左右接触的，光吸收方向和载流子传输方向相互垂直，能够有效分离载流子，在一定程度上减少复合，提高器件性能。轴向p-n结[9]，就是p型和n型是上下接触的，吸收方向和传输方向是一致的。1.3硅基阵列结构的制备方法控制三维硅纳米结构形貌对它们的陷光特性和相应的光伏应用是至关重要的。为了控制纳米结构的各种几何和形态参数，研究人员想出了很多方法，包括“自上而下”或“自下而上”方法，例如气-液-固(VLS)生长、反应离子蚀刻(RIE)，金属辅助化学蚀刻(MaCE)等方法。接下来，我们主要介绍一下这三种方法。1.3.1气-液-固生长1964年，Wagner等人[10]报导了利用金属催化的气-液-固(VLS)生长技术，这是可以实现自下而上制造Si纳米线的最有效方法之一。如图1.3所示[11]，在VLS
上海交通大学硕士学位论文绪论5方法中，金属催化剂(例如Au)通过吸附蒸汽组分在高温下形成液态合金液。由于某些原因(例如，温度或蒸气压强波动)，合金进一步过饱和；也就是说，合金的实际浓度的溶液高于平衡态浓度。因而驱动液-固界面处的组分的沉降来达到合金系统最小的自由能。因此，随着纳米线晶体生长开始，只要蒸汽组分源不断被提供，这个寻求系统最小自由能的过程一直继续。因为蒸气(携带固体成分)，液体(催化合金)和固体(沉淀的结构)相涉及，所以被称为VLS生长机制。具体来说，通常使用硅烷(SiH4)或四氯硅烷(SiCl4)作为提供Si成分的气体前体。一旦汽化的生长物质到达被金属纳米颗粒覆盖的基板表面并且基板温度保持在Au-Si合金的共晶温度以上，则液态合金液滴可以被硅原子过饱和[12]。然后，可以通过从催化合金中沉淀Si来生长Si纳米线结构。在实现Si纳米结构的几种方法中，VLS生长技术由于其工艺简单性和适用于大面积器件制造的潜在可扩展性而被认为是有前景的。图1.3气-液-固生长机理[11]。Figure1.3SchematicillustrationoftheVLSnanowiregrowthmechanism[11].现在已经进行了若干基于这些VLS生长的纳米线制造径向p-n+结太阳电池的深入研究，并且相应地研究它们的光伏特性。然而，对于用VLS法生长的纳米线，发现即使最小浓度的催化Au原子仍然存在于Si中的掺杂剂或深能级陷
本文编号：3362392
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
p-n结形成图
上海交通大学硕士学位论文绪论41.2.2径向p-n结和轴向p-n结图1.2(a)径向p-n结[8](b)轴向p-n结[9]。Figure1.2(a)Radialp-njunctionand[8](b)axialp-njunction[9].由于接触方式不同，p-n结可以简单分为两类。如图1.2所示，径向p-n结[8]，顾名思义p型和n型是左右接触的，光吸收方向和载流子传输方向相互垂直，能够有效分离载流子，在一定程度上减少复合，提高器件性能。轴向p-n结[9]，就是p型和n型是上下接触的，吸收方向和传输方向是一致的。1.3硅基阵列结构的制备方法控制三维硅纳米结构形貌对它们的陷光特性和相应的光伏应用是至关重要的。为了控制纳米结构的各种几何和形态参数，研究人员想出了很多方法，包括“自上而下”或“自下而上”方法，例如气-液-固(VLS)生长、反应离子蚀刻(RIE)，金属辅助化学蚀刻(MaCE)等方法。接下来，我们主要介绍一下这三种方法。1.3.1气-液-固生长1964年，Wagner等人[10]报导了利用金属催化的气-液-固(VLS)生长技术，这是可以实现自下而上制造Si纳米线的最有效方法之一。如图1.3所示[11]，在VLS
上海交通大学硕士学位论文绪论5方法中，金属催化剂(例如Au)通过吸附蒸汽组分在高温下形成液态合金液。由于某些原因(例如，温度或蒸气压强波动)，合金进一步过饱和；也就是说，合金的实际浓度的溶液高于平衡态浓度。因而驱动液-固界面处的组分的沉降来达到合金系统最小的自由能。因此，随着纳米线晶体生长开始，只要蒸汽组分源不断被提供，这个寻求系统最小自由能的过程一直继续。因为蒸气(携带固体成分)，液体(催化合金)和固体(沉淀的结构)相涉及，所以被称为VLS生长机制。具体来说，通常使用硅烷(SiH4)或四氯硅烷(SiCl4)作为提供Si成分的气体前体。一旦汽化的生长物质到达被金属纳米颗粒覆盖的基板表面并且基板温度保持在Au-Si合金的共晶温度以上，则液态合金液滴可以被硅原子过饱和[12]。然后，可以通过从催化合金中沉淀Si来生长Si纳米线结构。在实现Si纳米结构的几种方法中，VLS生长技术由于其工艺简单性和适用于大面积器件制造的潜在可扩展性而被认为是有前景的。图1.3气-液-固生长机理[11]。Figure1.3SchematicillustrationoftheVLSnanowiregrowthmechanism[11].现在已经进行了若干基于这些VLS生长的纳米线制造径向p-n+结太阳电池的深入研究，并且相应地研究它们的光伏特性。然而，对于用VLS法生长的纳米线，发现即使最小浓度的催化Au原子仍然存在于Si中的掺杂剂或深能级陷
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