本文選題：太陽(yáng)能電池 + 光吸收�。� 參考：《中國(guó)科學(xué)院研究生院（上海技術(shù)物理研究所）》2014年博士論文

【摘要】：對(duì)于高效太陽(yáng)能電池，光吸收過(guò)程是光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵的第一步，直接影響光電轉(zhuǎn)換的效率，因此，增加光的吸收對(duì)提高太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率具有重要的意義。表面植絨與氮化硅減反射膜是目前晶硅太陽(yáng)電池降低表面反射率的常用手段，但是依然不能為電池提供寬波段、全角度的低反射率。半導(dǎo)體納米線可以提供較低的表面反射，但是由于工藝問(wèn)題，納米線電池的轉(zhuǎn)換效率不如塊體電池。本文中，我們提出利用半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)優(yōu)異的光學(xué)特性，研究設(shè)計(jì)與光伏電池可兼容的納米材料與結(jié)構(gòu)來(lái)提升光伏電池對(duì)光的吸收能力。 我們研究并獲得了可進(jìn)一步降低商品晶硅太陽(yáng)電池表面反射的納米棒減反射層，并首次提出納米棒減反射層的尺寸需求與襯底表面植絨結(jié)構(gòu)的關(guān)系。通過(guò)一種簡(jiǎn)單的低溫水熱生長(zhǎng)手段在植絨的商品硅電池表面制備了一層氧化鋅納米棒減反射層，該方法對(duì)原有的電池結(jié)構(gòu)沒有任何損傷，可以在原電池的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低電池表面的反射率。我們研究了該減反射層的可控制備以及其尺寸和形貌對(duì)減反射效果的影響。應(yīng)用納米棒減反射層后，不論是對(duì)于單晶硅還是多晶硅電池，其在380-1100nm范圍內(nèi)的減反射效果十分顯著，加權(quán)平均反射可以降低~50%，從而使電池的短路電流得以有效提升，如多晶硅電池的短路電流增加了3.64%。在沒有氮化硅減反射層的裸硅電池上，該增強(qiáng)效果更明顯，可由裸硅電池的33.55增加到36.49mA/cm2，相對(duì)提高8.76%。我們研究了該方法在生產(chǎn)上的實(shí)用性，發(fā)現(xiàn)用ZnO或AZO替代SiNx層直接生長(zhǎng)于裸硅電池上，可得到同樣優(yōu)異的減反射效果，電池的短路電流可達(dá)到37mA/cm2，高于同樣條件下氮化硅減反膜電池；同時(shí)，實(shí)驗(yàn)表明該納米棒陣列減反射層可以應(yīng)用于大面積電池中。進(jìn)一步，由于單晶硅電池與多晶硅電池的表面植絨結(jié)構(gòu)的差異，我們研究發(fā)現(xiàn)兩種表面對(duì)減反射層中納米棒的需求有非常大的差別：對(duì)于多晶硅電池而言，粗而長(zhǎng)的納米棒具有較好的減反射效果，對(duì)于單晶硅電池而言，細(xì)而短的納米棒會(huì)更好。同時(shí)，我們研究得到了該減反射層的減反射機(jī)理。 進(jìn)一步，我們應(yīng)用復(fù)合結(jié)構(gòu)來(lái)降低表面反射。我們發(fā)展了利用一鍋水熱法制備納米球@納米棒雜化結(jié)構(gòu)，該制備方法簡(jiǎn)單可控，能夠在一鍋中實(shí)現(xiàn)任何襯底表面的生長(zhǎng)，且Er元素被成功地融入納米球中，而納米棒仍為氧化鋅。我們研究了該雜化結(jié)構(gòu)的可控制備，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)反應(yīng)條件如反應(yīng)溫度、時(shí)間、前驅(qū)液濃度以及Zn源與Er源的投料比等對(duì)雜化結(jié)構(gòu)形貌和尺寸的調(diào)控。我們研究得到了該雜化結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)機(jī)理，這有利于其應(yīng)用于表面減反射；最后，我們研究了該雜化結(jié)構(gòu)的的減反射效果，該結(jié)構(gòu)能提供幾乎全角度的減反射效果，表面絕對(duì)反射低于1%，而且納米球與納米棒的尺寸和結(jié)構(gòu)都會(huì)影響減反射效果。 由于氧化鋅納米棒在紫外區(qū)域吸收強(qiáng)烈，使得電池在380nm以下的光電轉(zhuǎn)化效率幾乎為0。我們提出利用氧化鋅硫化的方式，拓寬氧化鋅減反射層的透射光譜范圍。我們研究了硫化條件對(duì)該減反射層表面反射的影響。發(fā)現(xiàn)氧化鋅減反射層經(jīng)過(guò)硫化后，電池在330-380波段的量子效率明顯提升，如375nm處由原來(lái)的約0%提升至19%，而其他波段的量子效率幾乎沒有發(fā)生變化；其次，由于納米棒對(duì)紫外光的吸收以及硅電池本身在紫外區(qū)域相對(duì)較低的量子效率，我們利用ZnSe:Mn下轉(zhuǎn)換量子點(diǎn)將紫外光轉(zhuǎn)換成可見光，在長(zhǎng)有ZnO/ZnS核殼結(jié)構(gòu)納米棒的硅電池上得到了一定的轉(zhuǎn)換效果。長(zhǎng)有氧化鋅納米陣列減反射層的太陽(yáng)能電池通過(guò)ZnSe量子點(diǎn)的表面修飾后在300-370nm之間的量子效率明顯高于原來(lái)經(jīng)過(guò)ZnO納米棒修飾后的電池，可達(dá)到20%，與在原電池上利用量子點(diǎn)修飾的結(jié)果相當(dāng)，甚至略高。表明利用下轉(zhuǎn)換量子點(diǎn)可以達(dá)到彌補(bǔ)氧化鋅在紫外區(qū)域吸收的缺陷。 最后，我們研究利用原子層沉積技術(shù)制備表面鈍化膜來(lái)降低電池中光生載流子的復(fù)合從而提高光的利用率。與以往表面鈍化研究基于拋光硅電池不同，我們?cè)谥步q結(jié)構(gòu)的硅片上研究了氧化鋁薄膜的鈍化效果，與實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用更接近。我們利用原子層沉積制備三氧化二鋁薄膜，通過(guò)選擇合適的薄膜厚度以及退火溫度，可以使硅片的少子壽命增加約300倍，達(dá)到150μs以上。我們的實(shí)驗(yàn)得到，對(duì)于植絨的p型硅片，，利用原子層沉積制備3-5nm的氧化鋁且在500-550℃之間退火后可以得到最優(yōu)的鈍化效果。在硅電池中應(yīng)用氧化鋁鈍化后，其在400-1200nm范圍的量子效率都有較明顯的提升，表明通過(guò)表面鈍化確實(shí)可以有效增加電池對(duì)光的利用效率。
[Abstract]:For high efficiency solar cells , the light absorption process is the key first step of photoelectric conversion , which directly affects the efficiency of photoelectric conversion . Therefore , it is important to increase the absorption of light to improve the conversion efficiency of solar cells .

This paper studies and obtains the nanometer rod antireflection layer which can further reduce the surface reflection of the commodity crystal silicon solar cell , and the relationship between the size requirement of the nano rod antireflection layer and the surface flocking structure of the substrate is firstly proposed .
At the same time , the experiment shows that the nano rod array antireflection layer can be applied to a large area cell . Further , due to the difference between the surface flocking structure of the single crystal silicon battery and the polycrystalline silicon cell , we have found that the two surfaces have a great difference to the requirement of the nanorods in the antireflection layer . For the polycrystalline silicon cell , the coarse and long nanorods will be better . At the same time , the antireflection mechanism of the antireflection layer is obtained .

Further , we have developed a hybrid structure using a composite structure to reduce the surface reflection . We have developed a hybrid structure using one - pot hydrothermal method . The preparation method is simple and controllable , can realize the growth of the surface of any substrate in one pot , and the nanorods are still zinc oxide . We have studied the controllable preparation of the hybrid structure , and realized the growth mechanism of the hybrid structure by reaction conditions such as reaction temperature , time , precursor concentration and the ratio of Zn source and Er source .
Finally , we studied the antireflection effect of the hybrid structure , which can provide almost full - angle antireflection effect , the absolute reflection of the surface is less than 1 % , and the size and structure of the nanosphere and the nanorods can influence the antireflection effect .

The effect of curing conditions on the surface reflection of the antireflection layer is studied . The effect of curing conditions on the surface reflection of the antireflection layer is widened . The effect of curing conditions on the surface reflection of the antireflection layer is widened . The quantum efficiency of the cells in the 330 - 380 wavelength band is obviously improved , as at 375nm from about 0 % to 19 % , while the quantum efficiency of other bands has little change .
Second , due to the absorption of the nanorods to ultraviolet light and the relatively low quantum efficiency of the silicon cell itself in the ultraviolet region , we have obtained a certain conversion effect on the silicon cell with ZnO / ZnS core - shell structure nanorods .

in that end , we study the passivation effect of the surface passivation film by atomic layer deposition technique to reduce the recombination of photo - generated carriers in the battery so as to improve the utilization ratio of the light .
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院（上海技術(shù)物理研究所）
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM914.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1924893