金刚线切割多晶硅黑硅制备及电池性能研究
发布时间：2021-09-01 21:39
近几年金刚线切割技术使单晶硅电池大大降低了与多晶硅电池成本差距。由于采用金刚线切割多晶硅片在清洗制绒技术环节存在技术瓶颈,存在不易制绒、反射率高、转化效率低等问题,导致金刚线切割的多晶硅电池片不能在行业内成规模应用。目前行业内采用黑硅技术来解决该问题,但对成规模性黑硅制绒工艺及影响因素的研究并不深入。本文以金刚线切割多晶硅片为研究对象,从反应离子刻蚀（RIE）干法制备黑硅和银催化化学腐蚀（MCCE）湿法制备黑硅两种工艺出发,利用规模化的电池产线作为实验平台,系统并深入研究了RIE干法制备工艺、MCCE湿法制备工艺以及对电性能衰减的影响,分析了工艺参数及电性能的影响因素及解决方案,明确了制备黑硅的最佳工艺。主要研究工作和成果总结如下:（1）在金刚线切割多晶硅上进行了反应离子刻蚀（RIE）干法制备黑硅工艺实验的研究,分析了刻蚀参数对多晶硅表面形貌的影响。实验发现RIE刻蚀后多晶硅片表面覆盖着不易挥发的白色物体,且刻蚀孔洞边缘有尖状结构。利用酸溶液中进行清洗后发现,随着清洗时间的延长,孔洞边缘变得光滑,直径逐渐变大。清洗300s时,孔洞比较均匀,反射率为11.5%,再随着清洗时间延长,孔洞逐...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：114 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
011年~2024年中国光伏发电装机量及新增装机量预测
北京交通大学博士学位论文引言2现在的2.5%上升到19.3%。光伏装机量到2050年将超过2000GW，即2021年~2050年，平均每年光伏装机量60GW。图1-12011年~2024年全球光伏发电装机量及新增装机量预测Figure1-12011~2024theglobalinstalledcapacityofnewPVpowergenerationandforecast图1-22011年~2024年中国光伏发电装机量及新增装机量预测Figure1-22011-2024ChinainstalledcapacityofnewPVpowergenerationandforecast1.2晶硅电池发电原理及制备工艺1.2.1晶硅电池发电原理
北京交通大学博士学位论文引言3图1-32018年中国光伏装机分布图Figure1-3ChinesePVRegionDistributionMapin2018硼/磷作为杂质掺入晶体硅中时，主要以替位杂质形式存在。硼的最外层有3个电子，当晶硅中掺入硼时，硼以负离子杂质存在，周围存在一个空穴与其保持电中性，这样以空穴占主导的硅称为P型硅；类似，由于磷原子最外层有5个电子，掺入晶体硅后磷以正离子杂质存在，周围存在一个电子与其保持电中性，这样以电子占主导的硅称为N型硅。在同一衬底硅中通过不同的掺杂浓度使得出现P型区和N型区，由于P型区和N型区的多数载流子向对方扩散，在原来位置上留下不可移动的杂质离子，形成了内建电场，内建电场的存在将促进少子漂移，抑制多子扩散，当扩散运动和漂移运动达到了动态平衡时，便形成了稳定的空间电荷区，即PN结。当入射到晶体硅中的光子能量超过该半导体禁带宽度时会产生本征吸收，本征吸收结果是半导体价带中的电子受到光子激发而跃迁到导带，并在价带中留下一个空穴[18]。晶硅电池发电原理如图1-4所示。当入射光能量大于等于硅带隙时，在硅中产生本征激发，即产生电子空穴对，由于内建电场的存在，当载流子运动到PN结内时，将被定向分离，结果是在N型侧聚集大量电子，P型侧聚集大量空穴，便产生了电势差，也就是光生伏特效应[19,20]。衡量太阳电池的重要指标有开路电压VOC、短路电流ISC、最大输出功率Pm、填充因子FF、转化效率η。其中FF作为评价光伏电池输出特性优劣的重要指标之一。FF与最大输出功率Pm的关系式，如式（1-1）所示。=×(1-1)
【参考文献】：
期刊论文
[1]高效率晶体硅太阳电池研究及产业化进展[J]. 宋登元,郑小强. 半导体技术. 2013(11)
[2]中国光伏发展路线图（2020/2030/2050）研讨会在上海召开[J]. 包婧文. 太阳能. 2013(12)
[3]黑硅与黑硅太阳电池的研究进展[J]. 蒋晔,沈鸿烈,岳之浩,王威,吕红杰. 人工晶体学报. 2012(S1)
[4]革命性的新材料——黑硅[J]. 姜晶,吴志明,王涛,郭正宇,于贺,蒋亚东. 材料导报. 2010(07)
[5]硅纳米线阵列太阳电池的性能分析[J]. 方慧,彭奎庆,吴茵,宋爽,许颖,朱静. 太阳能学报. 2010(01)
[6]太阳能利用方法研究[J]. 官贞珍,陈德珍. 交通节能与环保. 2009(04)
[7]光学与太阳能[J]. 于荣金. 光学学报. 2009(07)
[8]太阳能光伏发电应用的现状及发展[J]. 赵春江,杨金焕,陈中华,邹乾林. 节能技术. 2007(05)
[9]反应离子刻蚀加工工艺技术的研究[J]. 来五星,廖广兰,史铁林,杨叔子. 半导体技术. 2006(06)
[10]薄膜太阳电池的研究进展[J]. 耿新华,孙云,王宗畔,李长健. 物理. 1999(02)
硕士论文
[1]硅太阳能电池制绒工艺的研究[D]. 王靖雯.上海应用技术学院 2015
[2]全液相两步法金属辅助化学刻蚀制备多晶黑硅太阳能电池[D]. 韩长安.苏州大学 2014
[3]金属催化化学刻蚀多晶黑硅材料及其太阳电池的制备[D]. 代智华.苏州大学 2013
[4]多晶硅太阳能电池酸腐蚀制绒研究[D]. 李世杰.北京交通大学 2012
本文编号：3377736
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：114 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
011年~2024年中国光伏发电装机量及新增装机量预测
北京交通大学博士学位论文引言2现在的2.5%上升到19.3%。光伏装机量到2050年将超过2000GW，即2021年~2050年，平均每年光伏装机量60GW。图1-12011年~2024年全球光伏发电装机量及新增装机量预测Figure1-12011~2024theglobalinstalledcapacityofnewPVpowergenerationandforecast图1-22011年~2024年中国光伏发电装机量及新增装机量预测Figure1-22011-2024ChinainstalledcapacityofnewPVpowergenerationandforecast1.2晶硅电池发电原理及制备工艺1.2.1晶硅电池发电原理
北京交通大学博士学位论文引言3图1-32018年中国光伏装机分布图Figure1-3ChinesePVRegionDistributionMapin2018硼/磷作为杂质掺入晶体硅中时，主要以替位杂质形式存在。硼的最外层有3个电子，当晶硅中掺入硼时，硼以负离子杂质存在，周围存在一个空穴与其保持电中性，这样以空穴占主导的硅称为P型硅；类似，由于磷原子最外层有5个电子，掺入晶体硅后磷以正离子杂质存在，周围存在一个电子与其保持电中性，这样以电子占主导的硅称为N型硅。在同一衬底硅中通过不同的掺杂浓度使得出现P型区和N型区，由于P型区和N型区的多数载流子向对方扩散，在原来位置上留下不可移动的杂质离子，形成了内建电场，内建电场的存在将促进少子漂移，抑制多子扩散，当扩散运动和漂移运动达到了动态平衡时，便形成了稳定的空间电荷区，即PN结。当入射到晶体硅中的光子能量超过该半导体禁带宽度时会产生本征吸收，本征吸收结果是半导体价带中的电子受到光子激发而跃迁到导带，并在价带中留下一个空穴[18]。晶硅电池发电原理如图1-4所示。当入射光能量大于等于硅带隙时，在硅中产生本征激发，即产生电子空穴对，由于内建电场的存在，当载流子运动到PN结内时，将被定向分离，结果是在N型侧聚集大量电子，P型侧聚集大量空穴，便产生了电势差，也就是光生伏特效应[19,20]。衡量太阳电池的重要指标有开路电压VOC、短路电流ISC、最大输出功率Pm、填充因子FF、转化效率η。其中FF作为评价光伏电池输出特性优劣的重要指标之一。FF与最大输出功率Pm的关系式，如式（1-1）所示。=×(1-1)
【参考文献】：
期刊论文
[1]高效率晶体硅太阳电池研究及产业化进展[J]. 宋登元,郑小强. 半导体技术. 2013(11)
[2]中国光伏发展路线图（2020/2030/2050）研讨会在上海召开[J]. 包婧文. 太阳能. 2013(12)
[3]黑硅与黑硅太阳电池的研究进展[J]. 蒋晔,沈鸿烈,岳之浩,王威,吕红杰. 人工晶体学报. 2012(S1)
[4]革命性的新材料——黑硅[J]. 姜晶,吴志明,王涛,郭正宇,于贺,蒋亚东. 材料导报. 2010(07)
[5]硅纳米线阵列太阳电池的性能分析[J]. 方慧,彭奎庆,吴茵,宋爽,许颖,朱静. 太阳能学报. 2010(01)
[6]太阳能利用方法研究[J]. 官贞珍,陈德珍. 交通节能与环保. 2009(04)
[7]光学与太阳能[J]. 于荣金. 光学学报. 2009(07)
[8]太阳能光伏发电应用的现状及发展[J]. 赵春江,杨金焕,陈中华,邹乾林. 节能技术. 2007(05)
[9]反应离子刻蚀加工工艺技术的研究[J]. 来五星,廖广兰,史铁林,杨叔子. 半导体技术. 2006(06)
[10]薄膜太阳电池的研究进展[J]. 耿新华,孙云,王宗畔,李长健. 物理. 1999(02)
硕士论文
[1]硅太阳能电池制绒工艺的研究[D]. 王靖雯.上海应用技术学院 2015
[2]全液相两步法金属辅助化学刻蚀制备多晶黑硅太阳能电池[D]. 韩长安.苏州大学 2014
[3]金属催化化学刻蚀多晶黑硅材料及其太阳电池的制备[D]. 代智华.苏州大学 2013
[4]多晶硅太阳能电池酸腐蚀制绒研究[D]. 李世杰.北京交通大学 2012
本文编号：3377736
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