金属氧化物在晶硅太阳能电池表面的制备及其增效性能研究

• 作 者: 徐羿宸
• 出 处: 上海师范大学
• 发表日期: 2019年08期
• 关键词: 宽带隙半导体 异质结 空穴传输层 电子传输层 晶硅太阳能电池

太阳能是取之不尽,用之不竭的,这意味着利用它对人类未来的发展至关重要,尤其是在有限的化石能源当道的今天。近几十年来,晶硅太阳能电池的光电转换效率明显提高,但其普遍应用和进一步的发展,受到高成本和复杂制造工艺的限制。近年来,对于半导体金属氧化物增效晶硅太阳能电池的研究,成为太阳能电池增效的研究热点。本文以旋涂法和快速热处理的方法为核心,在晶硅太阳能电池片表面和背面,分别沉积生长了Sb₂O_x/Cd和MoO₃金属氧化物薄层,形成了Sb₂O_x/CdO/p-Si/MoO₃复合电池结构。我们通过场发射扫描电子显微镜分析仪（FESEM）、X-射线粉末衍射分析仪（XRD）、X-射线光电子能谱分析（XPS）、固体紫外-可见-近红外漫反射光谱分析仪（UV-VIS-NIR）、半导体材料少数载流子寿命测量仪、四探针测试仪对薄膜结构、形貌、光学性能及少子寿命、方块电阻等方面进行表征。利用太阳光模拟器、太阳电池光谱响应/量子效率（QE）/IPCE测试系统以及电化学工作站,测试了复合电池的光电转换性能。在我们的研究中,属于宽带隙半导体的Sb₂O_x和CdO的金属氧化物层在电池顶部与硅形成异质结结构,充电电子传输层,起到了载流子传输,减反射和钝化层的作用。异质结结构产生更强的内建电场,促使载流子更好地分离和传输。CdO纳米颗粒层具有粗糙的表面,这使得入射光能在表面发生多次的折射和散射。同时,Sb₂O_x具有具有额的宽带隙（³.44 eV）使太阳光谱的吸收被扩展到³60 nm,因此更多的高能光子被吸收并转换成有用的电荷载流子。MoO₃是一种宽带隙（³.3 eV）并具有高功函数（⁶.3 eV）的过渡金属氧化物,它作为空穴选择层生长在电池片背面,能使背电场的电势能进一步提高,起到阻挡电子传输空穴的作用。MoO₃作为背电场钝化层减少了载流子在背表面的复合,进而提高效率。在我们的实验中,短路电流(30.426 mA/cm^-2),开路电压（0.558 V）,填充因子（58.67%）以及外量子效率和内量子效率方面,均可以看到明显的增加。多晶硅太阳能电池的最终转换效率,在原有的基础上提高了18.03%,实验简化了电池片的工艺条件,降低了成本。