目前晶體硅電池約占全球光伏總產(chǎn)量的90%,在實際應(yīng)用中晶體硅電池的光電轉(zhuǎn)換率有待進(jìn)一步提高。提高晶體硅電池光電轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵在于如何減少電池表面反射損失和增強光生伏特效應(yīng)。目前主要通過在晶體硅電池表面制備光功能織構(gòu)或復(fù)合光功能織構(gòu)膜這兩種基本途徑來提高晶體硅電池的吸光率。在晶體硅電池表面直接制備光功能織構(gòu)能有效降低其表面反射損失,同時也會增加晶體硅表面缺陷密度,削弱其光生伏特效應(yīng);且晶體硅電池表面柵線電極會帶來遮光損失,限制其吸光率的提高。在表面缺陷較少的光面晶體硅電池表面復(fù)合光功能織構(gòu)膜可有效提高其吸光率,本文提出將表面帶有微米尺度棱錐陣列的陷光織構(gòu)膜與光生伏特效應(yīng)較高的光面晶體硅電池復(fù)合,從而提高光面晶體硅電池整體光電轉(zhuǎn)換效率。本文主要從以下幾個方面展開研究:(1)綜合分析晶體硅電池現(xiàn)有光功能織構(gòu)制備方法對其光電特性的不良影響,提出在光面晶體硅電池表面復(fù)合帶有微米織構(gòu)的陷光膜構(gòu)成一種新型的復(fù)合結(jié)構(gòu)電池�；趲缀喂鈱W(xué)理論分析表面帶有棱錐陣列的陷光織構(gòu)膜內(nèi)外表面光線傳播過程及其陷光機理,并探究絨面晶體硅電池與復(fù)合結(jié)構(gòu)電池的減反特性差異及優(yōu)缺點。(2)建立陷光單元外表面反射損失與內(nèi)表面折... 

【文章來源】：集美大學(xué)福建省

【文章頁數(shù)】：56 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

晶體硅物理

集美大學(xué)碩士學(xué)位論文復(fù)合光功能織構(gòu)膜晶體硅電池光學(xué)特性研究3多晶硅體內(nèi)晶胞在空間方位上無規(guī)則排列，晶體呈各向同性的特點，使用酸法刻蝕可在多晶硅表面得到隨機分布的圓形絨面織構(gòu)[30]，如圖1-2(a)所示[31]；②由于單晶硅內(nèi)晶體排布具有各向異性，導(dǎo)致單晶硅在堿性溶液中晶體取向為(111)方向的蝕刻深度最小，經(jīng)堿法刻蝕后的單晶硅表面會形成隨機分布的“金字塔”織構(gòu)，如圖1-2(b)所示[32]。在目前工藝條件下，使用含有氫氟酸與硝酸(HF/HNO3)的溶液對多晶硅表面進(jìn)行同向性刻蝕是工業(yè)生產(chǎn)中的普遍選擇[30]，但多晶硅電池經(jīng)酸法刻蝕后的表面反射率以及最終轉(zhuǎn)換效率均低于應(yīng)用堿法刻蝕的單晶硅電池[33,34]，因此單晶硅電池獲得了更廣泛的應(yīng)用。單晶硅在堿法蝕刻過程中最常見的試劑是氫氧化鈉(NaOH)或氫氧化鉀(KOH)，單晶硅表面最終形成的“金字塔”織構(gòu)尺寸以及均勻性與溶液濃度和反應(yīng)時間顯著相關(guān)[35]。由于單晶硅蝕刻過程在水溶液中進(jìn)行，反應(yīng)過程中形成的氣泡會阻礙堿性離子與硅原子間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致單晶硅表面形成的“金字塔”織構(gòu)均勻性降低[36]。為在單晶硅表面獲得減反效果更好的均勻織構(gòu)，可在KOH或NaOH的水溶液中添加不直接參與反應(yīng)的活性劑異丙醇(IPA)去除硅表面氣泡以控制刻蝕速率，可得到較為理想的表面織構(gòu)[32]；在反應(yīng)過程中提供連續(xù)性攪拌或者超聲震動也可達(dá)到去除氣泡的效果，最終可得到更為均勻的“金字塔”織構(gòu)[37]；使用兼容性較好的四甲基氫氧化銨(TMAH)替代傳統(tǒng)KOH或NaOH試劑也可獲得較好刻蝕效果，正逐漸廣泛應(yīng)用于對單晶硅的紋理刻蝕[38,39]。(a)多晶硅表面隨機絨面織構(gòu)[31]；(b)單晶硅表面隨機金字塔織構(gòu)[32]；圖1-2晶體硅化學(xué)刻蝕制備光功能織構(gòu)1.3晶體硅表面織構(gòu)化缺陷晶體硅表面直接制備光功能織構(gòu)可取?

集美大學(xué)碩士學(xué)位論文復(fù)合光功能織構(gòu)膜晶體硅電池光學(xué)特性研究4的應(yīng)力集中效應(yīng)將導(dǎo)致晶格位錯缺陷加劇[42,43]；③晶體硅表面織構(gòu)會增大電池表面電極的接觸電阻，導(dǎo)致電池光生電流強度降低；④化學(xué)刻蝕后的晶體硅表面存在離子污染，會降低晶體硅電池內(nèi)少數(shù)載流子壽命[41]；⑤硅晶格的連續(xù)性在光功能織構(gòu)中被破壞，會暴露出不飽和的懸空鍵，導(dǎo)致晶體硅電池內(nèi)部的載流子復(fù)合幾率上升[44]。Cousins[45]等對受熱過程中晶體硅表面微結(jié)構(gòu)體積膨脹進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)高溫下“金字塔”塔尖和塔頂會產(chǎn)生明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象，如圖1-3所示。Cabrera[46]等人發(fā)現(xiàn)“金字塔”織構(gòu)的存在會導(dǎo)致印刷電極與晶體硅表面的不良接觸，降低電極對光生電流的收集效率；Khanna[47]等人研究后發(fā)現(xiàn)，印刷銀漿會在晶體硅表面織構(gòu)上空間分布不均，如圖1-4所示，“金字塔”織構(gòu)平均分布高度過大會明顯增加電極與晶體硅的接觸電阻。研究表明晶體硅表面織構(gòu)化帶來的缺陷會制約晶體硅電池最終光電轉(zhuǎn)換效率的提高。圖1-3織構(gòu)在高溫下的應(yīng)力集中效應(yīng)[45]圖1-4“金字塔”織構(gòu)引起銀漿分布不均[47]為降低晶體硅電池表面光功能織構(gòu)對其光電轉(zhuǎn)換能力的削弱，國內(nèi)外學(xué)者開展了大量相關(guān)研究。Mueller[48]等在晶體硅表面沉積等離子薄膜層，這些等離子可以飽和界面上的懸掛鍵，達(dá)到減少表面缺陷，降低表面復(fù)合速率的目的。徐嶺茂[49]等人研究了單晶硅片在高溫?zé)崽幚碇械幕菩袨�，發(fā)現(xiàn)對單晶硅采用快速熱處理可使晶格位錯發(fā)生滑移，減少晶格位錯缺陷；Python[50]等發(fā)現(xiàn)隨著“金字塔”織構(gòu)頂端曲率半徑的增加或底部夾角的減小，晶體硅電池缺陷密度會降低，開路電壓和填充因子會升高；Edwards等[51]發(fā)現(xiàn)對單晶硅表面織構(gòu)使用化學(xué)試劑進(jìn)行適當(dāng)拋光可提高絨面晶體硅電池光生伏特效應(yīng)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]水電水利規(guī)范設(shè)計總院發(fā)布《中國可再生能源發(fā)展報告2018》[J].   四川水力發(fā)電. 2019(S2)
[2]基于TracePro的開放型高反射回歸器件的研究[J]. 付秀華,馬國俊,呂景文,劉冬梅,張靜,趙迪.  光學(xué)學(xué)報. 2019(11)
[3]晶體硅電池表面光功能織構(gòu)及其制備的研究進(jìn)展[J]. 許志龍,徐西鵬,黃輝,譚援強.  機械工程學(xué)報. 2019(09)
[4]光伏發(fā)電領(lǐng)域研究現(xiàn)狀及趨勢——基于CiteSpace的可視化分析[J]. 何凱.  太陽能. 2018(09)
[5]我國能源資源現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 方圓,張萬益,曹佳文,朱龍偉.  礦產(chǎn)保護(hù)與利用. 2018(04)
[6]光面晶體硅-陷光膜復(fù)合電池光電特性研究[J]. 許志龍,楊小璠,黃種明,劉菊東,王素,方芳.  太陽能學(xué)報. 2017(12)
[7]光學(xué)薄膜微細(xì)結(jié)構(gòu)制造方法新進(jìn)展[J]. 易培云,彭林法,來新民.  科學(xué)通報. 2015(Z2)
[8]中國能源革命與低碳發(fā)展的戰(zhàn)略選擇[J]. 何建坤.  武漢大學(xué)學(xué)報(哲學(xué)社會科學(xué)版). 2015(01)
[9]基于Tracepro的微棱鏡反光膜正入射無效光分析[J]. 皮鈞,商開.  光子學(xué)報. 2014(04)
[10]單晶硅片中的位錯在快速熱處理過程中的滑移[J]. 徐嶺茂,高超,董鵬,趙建江,馬向陽,楊德仁.  物理學(xué)報. 2013(16)

碩士論文
[1]晶體硅材料的機械性能及相關(guān)太陽電池工藝的研究[D]. 李中蘭.浙江大學(xué) 2010



本文編號：2931437