本文關鍵詞： 晶體硅太陽電池 硼磷補償 補償度 電池效率 光衰減 弱光效應 溫度系數(shù) 鋁合金化背發(fā)射結　出處：《浙江大學》2014年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：太陽能光伏發(fā)電是一種非常重要的可再生能源。晶體硅太陽電池作為目前光伏市場的主要產(chǎn)品,占據(jù)了90%以上的份額,并在今后很長一段時間內(nèi)仍將占據(jù)主導地位。因此,降低晶體硅太陽電池成本是產(chǎn)業(yè)界和學術界一直追求的主要目標之一。使用低成本的多晶硅原材料,如物理冶金法提純的硅(UMG硅),能顯著降低太陽電池的制作成本,其研究和開發(fā)成為目前的關注重點。由于其提純路線的工藝特點,UMG硅中往往同時含有高濃度的硼和磷雜質(zhì),它們在硅中分別提供空穴和電子,因此硼磷補償效應是影響UMG硅及其制備的太陽電池性能的最關鍵因素。 本文研究了硼磷補償晶體硅的基本性質(zhì)及其太陽電池的性能,這些研究結果對于實際生產(chǎn)中使用低成本UMG硅來制備高效率晶體硅太陽電池具有重要的指導意義,其主要的創(chuàng)新結果如下： (1)研究了硼磷補償對晶體硅基本性質(zhì)的影響。研究發(fā)現(xiàn)：晶體硅中硼磷補償共摻雜基本不影響各自的分凝系數(shù)。具有4個與硼磷能級相關的施主受主對光致發(fā)光峰；通過對其中無聲子輔助的施主受主對的發(fā)光峰進行變溫研究,獲得了補償硅中硼和磷的電離能。研究指出：凈摻雜濃度是影響p型和n型硼磷補償硅中載流子壽命的重要因素,凈摻雜濃度越低,載流子壽命越高。同時,硼磷補償增加了晶體硅中的電離雜質(zhì)散射強度,同時降低了多子和少子的遷移率。 (2)研究了硼磷補償晶體硅太陽電池與普通晶硅太陽電池的性能差異。研究發(fā)現(xiàn)：硼磷補償晶體硅太陽電池具有相對較高的開路電壓和填充因子,從而可以平衡掉低少子遷移率引起較低短路電流的影響,使得其最終可以具有與普通晶體硅太陽電池相同的轉(zhuǎn)換效率。研究還發(fā)現(xiàn)：高濃度硼磷補償摻雜的晶體硅太陽電池在室溫光照下性能衰減非常嚴重,其絕對效率衰減高達3-4%；進一步高溫同時光照,可以生成低復合活性的硼氧復合體第三態(tài),使衰減的電池性能回復到初始值,而且證實硼原子直接參與了太陽電池中硼氧復合體第三態(tài)生成過程。研究還證實：在弱光下,硼磷補償晶體硅太陽電池發(fā)電性能略弱于普通晶體硅太陽電池,主要是由補償硅中高濃度硼氧復合體限制的載流子壽命的注入濃度效應引起的；而在高溫下,硼磷補償晶體硅太陽電池發(fā)電性能優(yōu)于普通晶體硅太陽電池,主要歸因于補償硅中少子遷移率隨溫度變化較低的波動性。 (3)研究揭示了兩種不同的補償度對晶體硅及太陽電池性能的影響機理。研究發(fā)現(xiàn)：在相同硼濃度下,隨補償度增加,空穴遷移率顯著下降,而電子遷移率幾乎保持不變,補償硅中由硼元素和金屬雜質(zhì)限制的載流子壽命均增加使得少子擴散長度增加,短路電流得到了大幅提升,而開路電壓由于減少的凈摻雜濃度和增加的過剩載流子濃度對其相反的效應先下降后增加,最終太陽電池效率隨補償度增加而增加。在相同凈摻雜濃度下,隨補償度增加,空穴和電子遷移率均顯著下降,使得少子擴散長度減小,導致短路電流顯著減少,而開路電壓由于漏電流的減小得到輕微提升,最終太陽電池效率隨補償度增加而輕微地減小,但此時的高補償度太陽電池在高溫下具有更優(yōu)異的發(fā)電性能。 (4)研究了新型的n型硼磷補償晶體硅背發(fā)射結太陽電池的性能。實驗指出：鋁合金化發(fā)射結深度對背發(fā)射結太陽電池開路電壓有非常大的影響,較淺的發(fā)射結深度可能會導致漏流通道進而嚴重限制開路電壓。背發(fā)射結太陽電池短路電流主要被n型補償硅中的中等少子擴散長度所限制,中等少子擴散長度主要來源于n型補償硅中較高的凈摻雜濃度和摻雜劑總量。結合實驗結果,PC1D模擬計算表明：使用較薄的n型補償硅片可以大幅提高背發(fā)射結太陽電池短路電流,從而能有效提高電池效率。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM914.4

【參考文獻】

相關期刊論文 前4條

1 梁駿吾;電子級多晶硅的生產(chǎn)工藝[J];中國工程科學;2000年12期

2 周春蘭;王文靜;;晶體硅太陽能電池少子壽命測試方法[J];中國測試技術;2007年06期

3 齊飛;;燃燒:一個不息的話題——同步輻射單光子電離技術在燃燒研究中的應用[J];物理;2006年01期

4 閔乃本;朱永元;祝世寧;陸亞林;陸延青;陳延峰;王振林;王慧田;何京良;;介電體超晶格的研究[J];物理;2008年01期

相關博士學位論文 前2條

1 王朋;晶體硅太陽電池中的電學復合行為[D];浙江大學;2011年

2 顧鑫;低成本高效晶體硅材料及太陽電池研究[D];浙江大學;2013年

，

本文編號：1505591