【摘要】：近年來(lái),硅因?yàn)樽陨韮?yōu)異的性能,而被廣泛運(yùn)用于眾多領(lǐng)域。就目前而言,晶硅太陽(yáng)電池在光伏市場(chǎng)中仍占據(jù)著統(tǒng)治地位。其中半導(dǎo)體-絕緣體-半導(dǎo)體(SIS)太陽(yáng)電池因自身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制備成本低、工藝簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、理論效率高而備受關(guān)注。為了進(jìn)一步提高太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)化效率,人們提出了許多方法,其中降低硅片表面反射率,即在硅片表面制備陷光結(jié)構(gòu)是一種簡(jiǎn)單可行的方法,于是黑硅被用于晶硅太陽(yáng)電池。廣義上,黑硅是一種對(duì)光吸收超過(guò)90%的材料。本文通過(guò)改良Stober法,向反應(yīng)體系中加入電解質(zhì)來(lái)合成SiO_2微球,通過(guò)激光粒度儀分析了電解質(zhì)種類及濃度對(duì)SiO_2微球粒徑的影響。并結(jié)合Stober法合成SiO_2機(jī)理對(duì)所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了解釋。又通過(guò)旋涂法將所制備的SiO_2微球旋涂在硅片表面,均衡旋涂過(guò)程中毛細(xì)作用力及離心力的相互作用,制備出了單層SiO_2掩膜。結(jié)果表明,電解質(zhì)的種類及濃度對(duì)SiO_2微球的粒徑大小及均一性都有著很重要的影響。隨著體系中電解質(zhì)濃度的增加,SiO_2微球粒徑逐漸增加,而均一性逐漸變差。通過(guò)旋涂法制備單層SiO_2掩膜發(fā)現(xiàn),要形成單層掩膜,對(duì)旋涂液濃度及旋涂速度都有著一定要求,最終SiO_2微球在硅片上以HCP形式排列。制備完掩膜后,采用反應(yīng)離子刻蝕法來(lái)刻蝕硅片。以SF6和O_2作為刻蝕氣體,系統(tǒng)研究了不同刻蝕功率、刻蝕氣體流量比、刻蝕時(shí)間對(duì)黑硅表面形貌及反射率的影響。并結(jié)合RIE掩膜法制備黑硅機(jī)理解釋了刻蝕參數(shù)對(duì)黑硅性能的影響。最終得到了三種不同形貌的黑硅,分別為納米圓柱、納米圓臺(tái)及納米圓錐。當(dāng)刻蝕功率為150W,SF6:O_2=18sccm:6sccm,刻蝕時(shí)間為25min時(shí),樣品表面結(jié)構(gòu)呈圓錐狀,在400-1000nm范圍內(nèi)反射率最低,為4.6%。結(jié)合FDTD模擬軟件模擬分析了不同形貌黑硅反射率及其對(duì)550nm波長(zhǎng)入射光的限制作用,其中圓錐結(jié)構(gòu)的陷光效果最好,又結(jié)合實(shí)際運(yùn)用詳細(xì)驗(yàn)證了圓臺(tái)結(jié)構(gòu)的陷光性能。其優(yōu)異的陷光效果是來(lái)自于漸變的折射率。為了去除在RIE刻蝕過(guò)程中由荷能離子所帶來(lái)的損傷,采用低濃度NaOH處理樣品,研究了NaOH處理時(shí)間對(duì)黑硅形貌及反射率的影響,并采用ALD沉積Al2O3薄膜來(lái)鈍化黑硅表面。結(jié)果表明,當(dāng)NaOH處理時(shí)間為120s時(shí),黑硅表面反射率上升至14.33%,黑硅表面小結(jié)構(gòu)被去除;當(dāng)沉積完Al2O3薄膜,并在450℃下退火后,黑硅表面反射率將至7.12%,少子壽命達(dá)到29.34μs,表明黑硅表明損傷層層被完全去除,且Al2O3兼具減反和鈍化雙重作用。為了制備性能優(yōu)異的SIS太陽(yáng)電池,采用磁控濺射在去完損傷的黑硅表面沉積一層ITO薄膜。通過(guò)紫外可見(jiàn)光分光光度計(jì)、XRD、掃描電鏡及霍爾測(cè)試儀研究了不同襯底溫度下制備ITO薄膜光學(xué)及電學(xué)性能的差異。最終在不同襯底溫度及不同H_2O_2前處理時(shí)間下制備了SIS太陽(yáng)電池。由于ITO與Si之間的功函數(shù)差,Si表面能帶彎曲形成反型層,使SIS太陽(yáng)電池具有類似pn結(jié)的性質(zhì),最終實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)化。結(jié)果顯示,中間絕緣層的厚度對(duì)SIS器件性能影響很大,在SIS太陽(yáng)電池中,載流子的運(yùn)輸需要通過(guò)隧穿效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。H_2O_2前處理15 min,并于150℃沉積ITO薄膜時(shí),SIS太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)化效率最高,為3.67%。
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【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】：2017
【分類號(hào)】：TQ127.2;TM914.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2309893