晶體硅太陽(yáng)能電池以性價(jià)比高的優(yōu)勢(shì),占據(jù)全球光伏產(chǎn)業(yè)90%左右的市場(chǎng)份額。為了提高單晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率,如何提高單晶硅電池的吸光率和增強(qiáng)光生伏特效應(yīng)一直是研究熱點(diǎn)。本文圍繞單晶硅電池表面織構(gòu)對(duì)其光電特性的影響和光電轉(zhuǎn)換效率的提高進(jìn)行系列的相關(guān)研究。提出一種量化表征參數(shù)對(duì)單晶硅電池表面金字塔織構(gòu)的均勻性進(jìn)行量化表征,并利用表征參數(shù)優(yōu)化了制絨工藝參數(shù),得到了光電轉(zhuǎn)換效率較好的單晶硅電池。但絨面晶體硅電池的金字塔谷底和塔頂容易因熱應(yīng)力產(chǎn)生缺陷,通過(guò)對(duì)單晶硅電池表面金字塔織構(gòu)進(jìn)行圓化處理,增強(qiáng)了電池的光生伏特效應(yīng),將單晶硅電池的光電轉(zhuǎn)換效率進(jìn)一步提高。本文從以下幾個(gè)方面展開研究:（1）分析了單晶硅制絨過(guò)程金字塔的生長(zhǎng)特點(diǎn),利用ANSYS模擬絨面單晶硅片高溫?cái)U(kuò)散時(shí)金字塔織構(gòu)熱應(yīng)力分布,研究發(fā)現(xiàn)均勻性越好的單晶硅片在高溫?cái)U(kuò)散時(shí)熱應(yīng)力越小。提出了相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差S_h,可有效量化表征單晶硅電池表面金字塔織構(gòu)的均勻性。（2）采用不同工藝參數(shù)對(duì)單晶硅片進(jìn)行化學(xué)制絨,利用相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差S_h對(duì)金字塔織構(gòu)的均勻性進(jìn)行量化表征,得到其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差S_h越... 

【文章來(lái)源】：集美大學(xué)福建省

【文章頁(yè)數(shù)】：60 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

金字塔織構(gòu)高度的圖像識(shí)別及統(tǒng)計(jì)

集美大學(xué)碩士學(xué)位論文單晶硅太陽(yáng)能電池表面織構(gòu)對(duì)其光電特性的影響研究4Huang等通過(guò)氮化硅層做掩膜刻蝕得到覆蓋率較高，均勻性較好的金字塔織構(gòu)[53]。大量研究表明，通過(guò)采用不同的制絨液，調(diào)節(jié)溶液的濃度、添加劑、刻蝕溫度和時(shí)間等工藝參數(shù)，得到均勻性較好的金字塔織構(gòu)，從而提高單晶硅電池的光電特性[54]-57]。這些優(yōu)化制絨工藝的方法有一定效果，但這些優(yōu)化制絨工藝的方法存在工藝流程繁瑣、工作量大和實(shí)驗(yàn)樣本少所造成的工藝優(yōu)化的局限性，且缺乏有效的均勻性表征方法，無(wú)法得到不同工藝參數(shù)與金字塔織構(gòu)均勻性的對(duì)應(yīng)關(guān)系，無(wú)法高效快捷得獲得最優(yōu)的工藝參數(shù)。1.2.3單晶硅電池表面缺陷與熱應(yīng)力的研究現(xiàn)狀單晶硅片由硅錠經(jīng)過(guò)金剛線切割的方法得到，切割完后其表面會(huì)產(chǎn)生5μm左右深度的損傷層。單晶硅電池的制造要經(jīng)過(guò)制絨、擴(kuò)散、鍍膜和燒結(jié)等諸多生產(chǎn)工序，在這些生產(chǎn)過(guò)程中單晶硅片會(huì)經(jīng)歷腐蝕、受壓和受熱，從而會(huì)導(dǎo)致單晶硅電池的表面和內(nèi)部產(chǎn)生缺陷。Hayashi等研究發(fā)現(xiàn)單晶硅電池經(jīng)高溫?zé)Y(jié)過(guò)后，其表面金字塔頂端會(huì)出現(xiàn)破損、金字塔谷底延伸出裂紋，這些缺陷會(huì)降低晶體硅電池的開路電壓[30]，如圖1-2所示。Cousins研究單晶硅電池的熱氧化過(guò)程，發(fā)現(xiàn)在高溫氧化中硅基底的體積膨脹，導(dǎo)致金字塔的塔頂和谷底產(chǎn)生拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，該應(yīng)力超過(guò)硅的斷裂應(yīng)力，會(huì)在整體區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生缺陷[58]，如圖1-3所示。（a）金字塔頂部缺陷（b）金字塔谷底延伸出缺陷圖1-2金字塔表面缺陷[30]（a）金字塔整體應(yīng)力分析（b）金字塔頂部應(yīng)力分布圖1-3熱氧化過(guò)程金字塔的應(yīng)力分析[58]

集美大學(xué)碩士學(xué)位論文單晶硅太陽(yáng)能電池表面織構(gòu)對(duì)其光電特性的影響研究6時(shí)間增長(zhǎng)，金字塔塔頂和谷底變得圓潤(rùn)，圓化率增大[67]；Song等發(fā)現(xiàn)圓化可以增大金字塔底部PN結(jié)的擴(kuò)散深度，使擴(kuò)散更均勻[68]；Yang等通過(guò)圓化可以提高減反射膜和導(dǎo)電薄膜與硅基底的接觸[69]；Python等發(fā)現(xiàn)圓化后氫化非晶硅層的裂紋逐漸減少直到?jīng)]有[70]，如圖1-4所示。以上研究可以得到，通過(guò)對(duì)金字塔進(jìn)行圓化處理，增強(qiáng)了鈍化效果，可以提高單晶硅電池的光生伏特效應(yīng)。圖1-4圓化前后的裂紋密度[70]1.3存在問(wèn)題和解決思路在單晶硅表面制備金字塔織構(gòu)可以提高其光電轉(zhuǎn)換效率，但金字塔織構(gòu)的均勻性對(duì)單晶硅電池的光電特性影響較大，但目前關(guān)于金字塔織構(gòu)均勻性對(duì)光電特性的影響均是通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行描述，并未從機(jī)理上揭示其原因。而對(duì)于金字塔織構(gòu)均勻性的表征也主要通過(guò)表面形貌觀察和高度統(tǒng)計(jì)，并未能定量表征其均勻程度。目前優(yōu)化制絨工藝的方法存在缺乏理論指導(dǎo)，導(dǎo)致工藝流程繁瑣和工作量大所造成的工藝優(yōu)化的局限性，無(wú)法簡(jiǎn)單便捷的找到最優(yōu)的工藝參數(shù)。單晶硅電池表面制備金字塔織構(gòu)后會(huì)導(dǎo)致光生伏特效應(yīng)的下降，但光生伏特效應(yīng)下降的原因并未找到，亟需解決在提高光生伏特效應(yīng)的同時(shí)也提高單晶硅電池的光電轉(zhuǎn)換效率這一關(guān)鍵問(wèn)題。為了解決以上問(wèn)題，本文從單晶硅電池制造過(guò)程的熱應(yīng)力出發(fā)，揭露了金字塔織構(gòu)均勻性影響其光電特性的原因，提出一種量化表征參數(shù)有效的表征金字塔織構(gòu)的均勻性，并將表征參數(shù)與其光電特性建立關(guān)系，根據(jù)表征參數(shù)便捷地優(yōu)化制絨工藝參數(shù)，提高了單晶硅電池的光電轉(zhuǎn)換效率。利用對(duì)絨面金字塔織構(gòu)進(jìn)行缺陷檢測(cè)和熱應(yīng)力仿真分析，揭露了光生伏特效應(yīng)下降的原因，并通過(guò)圓化處理提高了單晶硅電池的光生伏特效應(yīng)，從而將單晶硅電池的光電轉(zhuǎn)

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3520044