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自1954年美国贝尔实验室研发出第一个实用的硅PN结光伏太阳电池(效率为6%)以来,拉开了现代研究太阳能光伏效应的序幕。能源枯竭、环境污染等问题日益凸显,逐渐引起人们对绿色能源的进一步关注。世界各国纷纷提出并实行“阳光计划”,改变能源消耗结构大力开发利用太阳能资源。在2014年4月,日本松下公司最新研发的背接触式的“HIT太阳电池”的器件光电转换效率达到25.6%,打破了晶体硅电池转换效率的世界纪录,实现了太阳电池高效率低成本的目的,创造了目前硅基系列太阳电池转换效率的最高纪录。本论文主要研究了HIT(Heterojunction with IntrinsicThin layer)太阳电池的衬底单晶硅片的化学湿法处理以及薄膜沉积工艺参数对HIT太阳电池本征钝化层(本征a-Si∶H薄膜)性能的影响,并且通过软件wx-AMPS模拟仿真,探究了界面缺陷态密度Dit和本征a-Si∶H钝化层对HIT太阳电池性能的影响。本论文研究的主要内容如下: 1、衬底硅片的化学湿法处理 采用简化RCA清洗去除单晶硅片的表面污染物;采用1.3%NaOH+5%IPA+6%NaSiO3腐蚀剂对硅片进行制绒,制备具有良好陷光特性的绒面金字塔形貌结构;使用浓度为4%的HF酸浸泡90s,有效的腐蚀去除硅片表面氧化膜。通过优化衬底硅片的化学湿法处理工艺,去除硅片表面的金属、有机等杂质和损伤层,形成了具有良好陷光作用的绒面,再用HF酸去除表面的氧化层,从而降低界面载流子的复合,有效提高了硅片的钝化性能,少子寿命明显提高。 2、HIT太阳电池本征a-Si∶H钝化层制备工艺的研究 使用PECVD技术,以H2稀释的SiH4作为前驱物,沉积本征a-Si∶H钝化层。以7059玻璃片为衬底,使用优化后的SiH4浓度、辉光功率、沉积气压等工艺参数,在经简化RCA清洗和HF酸去除氧化层后的双抛n型(111)单晶硅片上沉积本征a-Si∶H钝化层,通过改变退火工艺和PECVD沉积参数等,探究工艺参数对非晶硅/单晶硅界面钝化效果的影响。研究结果表明:在本征a-Si∶H钝化层厚度约为5nm,沉积功率为1W,衬底温度160℃,硅烷浓度26%,退火温度为250℃,退火时间30min时,硅片的有效少子寿命较高(τeff=890μs),此时的界面钝化效果较好。 3、模拟探究界面态密度(Dit)和本征a-Si∶H钝化层对电池的影响 在掺杂非晶硅/单晶硅界面插入一定厚度的高质量本征氢化非晶硅是获得高效率HIT太阳电池的关键工艺。通过软件wxAMPS软件进行模拟仿真,研究模拟界面态密度Dit对p-a-Si∶H/n-c-Si/n+-a-Si∶H结构的太阳电池性能的影响。模拟结果表明:当Dit大于1012cm-2eV-1时,异质结电池的开路电压Voc迅速降低、短路电流密度Jsc下降,异质结电池的效率迅速恶化。当Dit在101~1012 cm-2eV-1时,可以获得较高的异质结电池效率。模拟本征a-Si∶H钝化层厚度对HIT电池的短路电流、开路电压、填充因子的影响,结果发现当本征a-Si∶H钝化层厚度d=2~5nm时,既可以实现良好的钝化界面的缺陷,又可以达到相对较高的HIT电池的效率。