金剛線切割多晶硅黑硅制備及電池性能研究
發(fā)布時間:2021-09-01 21:39
近幾年金剛線切割技術使單晶硅電池大大降低了與多晶硅電池成本差距。由于采用金剛線切割多晶硅片在清洗制絨技術環(huán)節(jié)存在技術瓶頸,存在不易制絨、反射率高、轉(zhuǎn)化效率低等問題,導致金剛線切割的多晶硅電池片不能在行業(yè)內(nèi)成規(guī)模應用。目前行業(yè)內(nèi)采用黑硅技術來解決該問題,但對成規(guī)模性黑硅制絨工藝及影響因素的研究并不深入。本文以金剛線切割多晶硅片為研究對象,從反應離子刻蝕(RIE)干法制備黑硅和銀催化化學腐蝕(MCCE)濕法制備黑硅兩種工藝出發(fā),利用規(guī);碾姵禺a(chǎn)線作為實驗平臺,系統(tǒng)并深入研究了RIE干法制備工藝、MCCE濕法制備工藝以及對電性能衰減的影響,分析了工藝參數(shù)及電性能的影響因素及解決方案,明確了制備黑硅的最佳工藝。主要研究工作和成果總結(jié)如下:(1)在金剛線切割多晶硅上進行了反應離子刻蝕(RIE)干法制備黑硅工藝實驗的研究,分析了刻蝕參數(shù)對多晶硅表面形貌的影響。實驗發(fā)現(xiàn)RIE刻蝕后多晶硅片表面覆蓋著不易揮發(fā)的白色物體,且刻蝕孔洞邊緣有尖狀結(jié)構(gòu)。利用酸溶液中進行清洗后發(fā)現(xiàn),隨著清洗時間的延長,孔洞邊緣變得光滑,直徑逐漸變大。清洗300s時,孔洞比較均勻,反射率為11.5%,再隨著清洗時間延長,孔洞逐...
【文章來源】:北京交通大學北京市 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】:114 頁
【學位級別】:博士
【部分圖文】:
011年~2024年中國光伏發(fā)電裝機量及新增裝機量預測
北京交通大學博士學位論文引言2現(xiàn)在的2.5%上升到19.3%。光伏裝機量到2050年將超過2000GW,即2021年~2050年,平均每年光伏裝機量60GW。圖1-12011年~2024年全球光伏發(fā)電裝機量及新增裝機量預測Figure1-12011~2024theglobalinstalledcapacityofnewPVpowergenerationandforecast圖1-22011年~2024年中國光伏發(fā)電裝機量及新增裝機量預測Figure1-22011-2024ChinainstalledcapacityofnewPVpowergenerationandforecast1.2晶硅電池發(fā)電原理及制備工藝1.2.1晶硅電池發(fā)電原理
北京交通大學博士學位論文引言3圖1-32018年中國光伏裝機分布圖Figure1-3ChinesePVRegionDistributionMapin2018硼/磷作為雜質(zhì)摻入晶體硅中時,主要以替位雜質(zhì)形式存在。硼的最外層有3個電子,當晶硅中摻入硼時,硼以負離子雜質(zhì)存在,周圍存在一個空穴與其保持電中性,這樣以空穴占主導的硅稱為P型硅;類似,由于磷原子最外層有5個電子,摻入晶體硅后磷以正離子雜質(zhì)存在,周圍存在一個電子與其保持電中性,這樣以電子占主導的硅稱為N型硅。在同一襯底硅中通過不同的摻雜濃度使得出現(xiàn)P型區(qū)和N型區(qū),由于P型區(qū)和N型區(qū)的多數(shù)載流子向?qū)Ψ綌U散,在原來位置上留下不可移動的雜質(zhì)離子,形成了內(nèi)建電場,內(nèi)建電場的存在將促進少子漂移,抑制多子擴散,當擴散運動和漂移運動達到了動態(tài)平衡時,便形成了穩(wěn)定的空間電荷區(qū),即PN結(jié)。當入射到晶體硅中的光子能量超過該半導體禁帶寬度時會產(chǎn)生本征吸收,本征吸收結(jié)果是半導體價帶中的電子受到光子激發(fā)而躍遷到導帶,并在價帶中留下一個空穴[18]。晶硅電池發(fā)電原理如圖1-4所示。當入射光能量大于等于硅帶隙時,在硅中產(chǎn)生本征激發(fā),即產(chǎn)生電子空穴對,由于內(nèi)建電場的存在,當載流子運動到PN結(jié)內(nèi)時,將被定向分離,結(jié)果是在N型側(cè)聚集大量電子,P型側(cè)聚集大量空穴,便產(chǎn)生了電勢差,也就是光生伏特效應[19,20]。衡量太陽電池的重要指標有開路電壓VOC、短路電流ISC、最大輸出功率Pm、填充因子FF、轉(zhuǎn)化效率η。其中FF作為評價光伏電池輸出特性優(yōu)劣的重要指標之一。FF與最大輸出功率Pm的關系式,如式(1-1)所示。=×(1-1)
【參考文獻】:
期刊論文
[1]高效率晶體硅太陽電池研究及產(chǎn)業(yè)化進展[J]. 宋登元,鄭小強. 半導體技術. 2013(11)
[2]中國光伏發(fā)展路線圖(2020/2030/2050)研討會在上海召開[J]. 包婧文. 太陽能. 2013(12)
[3]黑硅與黑硅太陽電池的研究進展[J]. 蔣曄,沈鴻烈,岳之浩,王威,呂紅杰. 人工晶體學報. 2012(S1)
[4]革命性的新材料——黑硅[J]. 姜晶,吳志明,王濤,郭正宇,于賀,蔣亞東. 材料導報. 2010(07)
[5]硅納米線陣列太陽電池的性能分析[J]. 方慧,彭奎慶,吳茵,宋爽,許穎,朱靜. 太陽能學報. 2010(01)
[6]太陽能利用方法研究[J]. 官貞珍,陳德珍. 交通節(jié)能與環(huán)保. 2009(04)
[7]光學與太陽能[J]. 于榮金. 光學學報. 2009(07)
[8]太陽能光伏發(fā)電應用的現(xiàn)狀及發(fā)展[J]. 趙春江,楊金煥,陳中華,鄒乾林. 節(jié)能技術. 2007(05)
[9]反應離子刻蝕加工工藝技術的研究[J]. 來五星,廖廣蘭,史鐵林,楊叔子. 半導體技術. 2006(06)
[10]薄膜太陽電池的研究進展[J]. 耿新華,孫云,王宗畔,李長健. 物理. 1999(02)
碩士論文
[1]硅太陽能電池制絨工藝的研究[D]. 王靖雯.上海應用技術學院 2015
[2]全液相兩步法金屬輔助化學刻蝕制備多晶黑硅太陽能電池[D]. 韓長安.蘇州大學 2014
[3]金屬催化化學刻蝕多晶黑硅材料及其太陽電池的制備[D]. 代智華.蘇州大學 2013
[4]多晶硅太陽能電池酸腐蝕制絨研究[D]. 李世杰.北京交通大學 2012
本文編號:3377736
【文章來源】:北京交通大學北京市 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】:114 頁
【學位級別】:博士
【部分圖文】:
011年~2024年中國光伏發(fā)電裝機量及新增裝機量預測
北京交通大學博士學位論文引言2現(xiàn)在的2.5%上升到19.3%。光伏裝機量到2050年將超過2000GW,即2021年~2050年,平均每年光伏裝機量60GW。圖1-12011年~2024年全球光伏發(fā)電裝機量及新增裝機量預測Figure1-12011~2024theglobalinstalledcapacityofnewPVpowergenerationandforecast圖1-22011年~2024年中國光伏發(fā)電裝機量及新增裝機量預測Figure1-22011-2024ChinainstalledcapacityofnewPVpowergenerationandforecast1.2晶硅電池發(fā)電原理及制備工藝1.2.1晶硅電池發(fā)電原理
北京交通大學博士學位論文引言3圖1-32018年中國光伏裝機分布圖Figure1-3ChinesePVRegionDistributionMapin2018硼/磷作為雜質(zhì)摻入晶體硅中時,主要以替位雜質(zhì)形式存在。硼的最外層有3個電子,當晶硅中摻入硼時,硼以負離子雜質(zhì)存在,周圍存在一個空穴與其保持電中性,這樣以空穴占主導的硅稱為P型硅;類似,由于磷原子最外層有5個電子,摻入晶體硅后磷以正離子雜質(zhì)存在,周圍存在一個電子與其保持電中性,這樣以電子占主導的硅稱為N型硅。在同一襯底硅中通過不同的摻雜濃度使得出現(xiàn)P型區(qū)和N型區(qū),由于P型區(qū)和N型區(qū)的多數(shù)載流子向?qū)Ψ綌U散,在原來位置上留下不可移動的雜質(zhì)離子,形成了內(nèi)建電場,內(nèi)建電場的存在將促進少子漂移,抑制多子擴散,當擴散運動和漂移運動達到了動態(tài)平衡時,便形成了穩(wěn)定的空間電荷區(qū),即PN結(jié)。當入射到晶體硅中的光子能量超過該半導體禁帶寬度時會產(chǎn)生本征吸收,本征吸收結(jié)果是半導體價帶中的電子受到光子激發(fā)而躍遷到導帶,并在價帶中留下一個空穴[18]。晶硅電池發(fā)電原理如圖1-4所示。當入射光能量大于等于硅帶隙時,在硅中產(chǎn)生本征激發(fā),即產(chǎn)生電子空穴對,由于內(nèi)建電場的存在,當載流子運動到PN結(jié)內(nèi)時,將被定向分離,結(jié)果是在N型側(cè)聚集大量電子,P型側(cè)聚集大量空穴,便產(chǎn)生了電勢差,也就是光生伏特效應[19,20]。衡量太陽電池的重要指標有開路電壓VOC、短路電流ISC、最大輸出功率Pm、填充因子FF、轉(zhuǎn)化效率η。其中FF作為評價光伏電池輸出特性優(yōu)劣的重要指標之一。FF與最大輸出功率Pm的關系式,如式(1-1)所示。=×(1-1)
【參考文獻】:
期刊論文
[1]高效率晶體硅太陽電池研究及產(chǎn)業(yè)化進展[J]. 宋登元,鄭小強. 半導體技術. 2013(11)
[2]中國光伏發(fā)展路線圖(2020/2030/2050)研討會在上海召開[J]. 包婧文. 太陽能. 2013(12)
[3]黑硅與黑硅太陽電池的研究進展[J]. 蔣曄,沈鴻烈,岳之浩,王威,呂紅杰. 人工晶體學報. 2012(S1)
[4]革命性的新材料——黑硅[J]. 姜晶,吳志明,王濤,郭正宇,于賀,蔣亞東. 材料導報. 2010(07)
[5]硅納米線陣列太陽電池的性能分析[J]. 方慧,彭奎慶,吳茵,宋爽,許穎,朱靜. 太陽能學報. 2010(01)
[6]太陽能利用方法研究[J]. 官貞珍,陳德珍. 交通節(jié)能與環(huán)保. 2009(04)
[7]光學與太陽能[J]. 于榮金. 光學學報. 2009(07)
[8]太陽能光伏發(fā)電應用的現(xiàn)狀及發(fā)展[J]. 趙春江,楊金煥,陳中華,鄒乾林. 節(jié)能技術. 2007(05)
[9]反應離子刻蝕加工工藝技術的研究[J]. 來五星,廖廣蘭,史鐵林,楊叔子. 半導體技術. 2006(06)
[10]薄膜太陽電池的研究進展[J]. 耿新華,孫云,王宗畔,李長健. 物理. 1999(02)
碩士論文
[1]硅太陽能電池制絨工藝的研究[D]. 王靖雯.上海應用技術學院 2015
[2]全液相兩步法金屬輔助化學刻蝕制備多晶黑硅太陽能電池[D]. 韓長安.蘇州大學 2014
[3]金屬催化化學刻蝕多晶黑硅材料及其太陽電池的制備[D]. 代智華.蘇州大學 2013
[4]多晶硅太陽能電池酸腐蝕制絨研究[D]. 李世杰.北京交通大學 2012
本文編號:3377736
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