新型硅异质结太阳电池电子选择传输层的研究

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硅异质结(SHJ)太阳电池具有高效、稳定等优点,是当前光伏领域研究和产业化生产的重点方向。减少载流子的复合以及增加载流子收集是提高器件效率的重要途径。电子选择传输层(Electronic Selection Transport Layer,ESTL)能够分离载流子,减少载流子在界面处的复合;基于金属氧化物种类多、透射高、制备方法灵活的优点,以及溶液法步骤简单、成本低的优点,我们采用溶液法制备用于SHJ太阳电池的低功函数氧化物电子选择传输层;基于能带结构特性,讨论了氧化锌电子选择传输层对太阳电池的影响,并进行一系列优化。具体研究内容及研究成果如下:  第一,提出用溶液法制备SHJ太阳电池的电子选择传输层,并确定其可行性。实验结果表明,溶液法制备的金属氧化物薄膜能够完全覆盖具有金字塔陷光结构的硅片表面;与具有氧化硅钝化层的太阳电池(参考电池)对比,具有氧化钛或氧化锡电子选择传输层的SHJ太阳电池,其性能可以达到与界面钝化(紫外光氧化处理8min)得较好的太阳电池相近的结果;而具有ZnO电子选择传输层的太阳电池性能最好,其中,溶液法制备的ZnO薄膜具有高透射率、低缺陷态、易掺杂和可低温退火的优点,能有效分离电子和空穴、改善电池的开路电压和光电转换效率。  第二,研究了溶液法制备的氧化锌电子传输层与晶硅衬底之间的界面钝化层对太阳电池性能的影响。发现非晶硅钝化层能与氧化锌电子选择传输层结合的较好,电池(a-Si/ZnO)开路电压达到654mV;溶液法制备的本征ZnO薄膜除了电子选择作用,还对硅晶表面具有一定的钝化作用,背光面具有单层ZnO薄膜的太阳电池可获得与SiOx/ZnO结构相当的开路电压(~600mV),而背光面具有溶液法制备的ZnO/ZnO∶Al(钝化层/ESTL层)叠层结构的SHJ太阳能电池,开路电压达到645mV。  第三,对溶液法制备的氧化锌电子选择传输层制作工艺进行一系列优化,提高太阳电池效率。向氧化锌中掺杂铝盐后,可以有效提高太阳电池的效率,但过高的掺杂浓度会引起载流子复合,降低电池性能;其中具有掺杂质量百分比为1%的九水合硝酸铝的ZnO电子选择传输层的太阳电池有较大的开路电压和填充因子。具有ZnO电子选择传输层的太阳电池串联电阻会随着氧化锌的厚度的减小而减小。最终,制得的太阳电池(a-Si/ZnO∶Al)效率达到18.46%,开路电压为672mV。
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