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HIT(Heterojunction with Intrinsic Thin-layer)电池结合了薄膜的低温工艺和晶体硅材料的优质,是一种富有潜力的高效太阳电池。热丝化学气相沉积技术(Hot-wire Chemical Vapor Deposition,HWCVD)具有结构简单、成本低、气体利用率高及无离子轰击等优点,因此,采用HWCVD技术制备HIT电池具有明确的应用前景。本文采用HWCVD技术在P型晶体硅上制备了HIT电池,取得以下主要结果:
对于抛光的硅片衬底,HF或NH4F都能有效地钝化晶硅表面。最优HF处理时间为20秒,最优NH4F处理时间为4分钟。经钝化后,在抛光硅片上面制备HIT电池(光面电池),i层最优厚度为5 nm,发射极厚度必须大于7nm。掺杂浓度和沉积气压对电池性能有明显的影响。最佳掺杂浓度在1%-2%之间,最佳沉积气压为2Pa。经优化后光面电池的最高转换效率为15.15%,电池面积为1cm×1cm。
分别以氢氧化钠(NaOH)、碳酸钠(Na2CO3)和磷酸钠(Na3PPO4·12H2O)作为腐蚀剂,研究了腐蚀浓度、腐蚀温度(T)、腐蚀时间(te)以及添加剂[异丙醇(IPA)和碳酸氢钠(NaHCO3)]对晶体硅表面织构的影响。采用场发射扫描电子显微镜研究织构表面,并分析了平均表面反射率(Rav)和织构表面形貌相互之间的关系。研究了IPA、NaHCO3两种添加剂对织构的影响,发现添加剂IPA在Na3PO4·12H2O或Na2CO3溶液中可明显地改善织构效果。经优化,可以得到较低的Rav、分别为:9.70%(NaOH)、9.76%(Na2CO3)和8.63%(Na3PO4·12H2O)。
在优化的晶体硅织构工艺基础上,以光面电池的制备工艺为参考,制备nc-Si:H(n)/nc-Si(i)/c-Si(微晶绒面电池)和a-Si:H(n)/a-Si:H(i)/c-Si(非晶绒面电池)两种结构的电池。微晶绒面电池的最优n层厚度为10-14 nm,最优i层厚度为3nm,而非晶绒面电池i层最优厚度为5nm。对于微晶绒面电池,CP处理导致器件性能变差,而低温退火明显改善电池效率。对于非晶绒面电池,CP处理和退火处理都可以明显改善器件性能,尤其是金字塔较小的电池,最优CP处理时间为10-15s。经优化,绒面电池的最高转换效率为15.14%,电池面积为1cm×1cm。初步尝试了制备4cm×4cm的非晶绒面电池。ITO薄膜及栅线的不均匀影向了电池的均匀性。在1cm×3cm面积上电池的均匀性较好,平均效率为14.53%。