【摘要】：近幾年,隨著人口的增多與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人們對(duì)于能源的需求量越來(lái)越大,太陽(yáng)能作為一種無(wú)毒無(wú)污染的可再生能源越來(lái)越受到人們的青睞,因此太陽(yáng)電池的研究得到大力發(fā)展,在這其中,如何提高硅太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率成為人們最為關(guān)注的問(wèn)題。太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率受到工作溫度、入射光強(qiáng)度、電池結(jié)構(gòu)等影響,目前已報(bào)道的單晶硅太陽(yáng)電池實(shí)驗(yàn)室最高轉(zhuǎn)換效率為26.6%。除直接制備光電轉(zhuǎn)換效率較高的太陽(yáng)電池外,還可以通過(guò)改善太陽(yáng)電池工作環(huán)境的方式,如提高太陽(yáng)電池的散熱速率、優(yōu)化太陽(yáng)電池封裝材料的透過(guò)性能等,達(dá)到提升電池轉(zhuǎn)換效率的目的。本文旨在采用磁控濺射法制備出一種薄膜,用作太陽(yáng)電池的封裝材料,在380~1100 nm范圍內(nèi)有較高的透過(guò)率,而在1100~2500 nm具有近紅外光過(guò)濾性能,阻隔太陽(yáng)光中的紅外光進(jìn)入太陽(yáng)電池,從而減緩太陽(yáng)電池長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)的升溫。本實(shí)驗(yàn)首先采用射頻磁控濺射的方法,在玻璃襯底上制備了單層的AZO薄膜,通過(guò)調(diào)節(jié)Ar氣流量、工作氣壓、熱處理溫度等參數(shù)制備出不同的AZO薄膜試樣。通過(guò)分析不同試樣的光電性能、結(jié)晶性能等,再優(yōu)化制備參數(shù),最終在室溫、Ar 10 sccm、插板閥全開(kāi)的條件下制備出了在380~1100 nm范圍內(nèi)透光率大于88%,在2500 nm處透過(guò)率僅29.70%的AZO薄膜。將該薄膜用作晶硅太陽(yáng)電池的封裝材料時(shí),使得太陽(yáng)電池在3.5 h的工作時(shí)間內(nèi)溫度上升幅度下降了3.12?C,電池開(kāi)路電壓下降量減少了1.1%。為了進(jìn)一步降低薄膜在近紅外光區(qū)的透過(guò)率,采用FDTD solution軟件模擬Ag、Au和Cu金屬薄膜的透過(guò)曲線(xiàn),旨在為AZO/Metal/AZO三明治結(jié)構(gòu)選取合適的金屬層。根據(jù)模擬結(jié)果,并結(jié)合本實(shí)驗(yàn)室具體實(shí)驗(yàn)條件,選取了Cu作為金屬層,制備AZO/Cu/AZO薄膜。采用磁控濺射法制備出的AZO(139.70 nm)/Cu(9.36 nm)/AZO(139.70 nm)薄膜試樣在380~1100 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)最高透過(guò)率達(dá)80.95%,在2500 nm波長(zhǎng)處的透過(guò)率僅為14.06%,表現(xiàn)出的綜合透光性能最符合實(shí)驗(yàn)預(yù)期,且結(jié)晶性、導(dǎo)電性良好。將AZO(139.70 nm)/Cu(9.36 nm)/AZO(139.70 nm)薄膜試樣用作太陽(yáng)電池封裝薄膜,可以使得太陽(yáng)電池在3.5 h內(nèi)的溫度上升幅度減少10.61?C,開(kāi)路電壓下降量減少了5.41%�？紤]到AZO/Cu/AZO薄膜中金屬層與氧化物層的直接接觸會(huì)使得金屬層在互擴(kuò)散的過(guò)程中發(fā)生氧化,從而改變薄膜的性能,設(shè)計(jì)加入AlN作為阻擋層阻擋AZO中的氧進(jìn)入Cu層。采用磁控濺射法制備了AZO/AlN/Cu/AlN/AZO薄膜,通過(guò)改變Cu金屬層的厚度進(jìn)一步調(diào)控薄膜的透光性能。實(shí)驗(yàn)表明,AlN層的加入可以有效地阻擋Cu與AZO層的互擴(kuò)散,且多層膜依舊具有較好的透光性能。AZO/AlN/Cu(14.04 nm)/AlN/AZO薄膜2500 nm波長(zhǎng)處的透過(guò)率低至8.53%;AZO/AlN/Cu(5.85 nm)/AlN/AZO多層膜用作太陽(yáng)電池封裝薄膜時(shí),不僅具有較好的導(dǎo)電性能,還可以使得電池在3.5 h內(nèi)的溫度上升幅度減少12.75?C,開(kāi)路電壓下降量減少了6.61%。
【圖文】：

等方法摻入n元素，在硅襯底的不同區(qū)域會(huì)出現(xiàn)p型和n型不同的導(dǎo)電類(lèi)型，這些不同區(qū)域的交界處被稱(chēng)為p-n結(jié)。若襯底為n型半導(dǎo)體，，則通過(guò)不同方法摻入P元素形成p-n結(jié)。p-n結(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1.1所示。圖 1.2 太陽(yáng)電池工作原理示意圖未經(jīng)過(guò)任何摻雜處理的n型半導(dǎo)體或p型半導(dǎo)體并不具有電傳輸性能。經(jīng)過(guò)摻雜以形成p-n結(jié)之后，由于p-n結(jié)兩端的多數(shù)載流子類(lèi)型不同（在p型硅中，空穴是多子，而n型硅中，電子是多子），因此會(huì)存在一定的濃度梯度。p-n結(jié)兩端的載流子在濃度差的作用下被迫產(chǎn)生擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，電子從高濃度區(qū)域運(yùn)動(dòng)到低濃度區(qū)，也就是說(shuō)n型區(qū)域中的電子擴(kuò)散至p型區(qū)域，同時(shí)p型區(qū)域的

南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文圖 1.1 常見(jiàn) p-n 結(jié)的基本結(jié)構(gòu)圖，常用的晶硅太陽(yáng)電池的生產(chǎn)方式一般是向p型硅內(nèi)通過(guò)合金法、離子注n元素，在硅襯底的不同區(qū)域會(huì)出現(xiàn)p型和n型不同的導(dǎo)電類(lèi)型，這些不同-n結(jié)。若襯底為n型半導(dǎo)體，則通過(guò)不同方法摻入P元素形成p-n結(jié)。p-n結(jié)示。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TB383.2;TM914.4

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本文編號(hào)：2636047