纳米硅薄膜太阳电池的研制及其背电极退火工艺的研究

admin · 发表于 2024-1-14 14:49:06

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雅宝题库解析：
本文分析了当前能源形势，介绍了太阳电池的分类与发展，详细分析了纳米硅薄膜的性能，优点以及纳米硅薄膜电池的进展。在理论上，对太阳电池核心部分PN结进行了理论推导和计算。推导出无光照和光照条件下PN结的电流-电压关系式，并且对太阳电池的开路电压，短路电流等性能参数进行了分析。利用直流磁控溅射方法制备ITO薄膜，研究了Ar与O2的流量比、溅射压强，溅射时间对ITO光电性能的影响，并将制备的ITO薄膜应用于纳米硅薄膜太阳电池。实验结果表明：在Ar流量为70SCCM，O2流量在2.5~3.0SCCM，溅射压强0.5pa，溅射时间80s时，制备出平均透射率95.48%（350nm~1100nm），电阻率小于4×10-4 Ω•cm的优质ITO薄膜。利用射频为13.56MHz的等离子体化学气相沉积（PECVD）设备，通过对反应气体稀释比，沉积温度，沉积功率等工艺参数优化，制备出性能优良的本征和N型纳米硅薄膜。利用Raman，XRD等测试方法，对电池的膜层性能分析，结果表明：电池的本征膜层纳米硅晶粒在2nm~3nm之间，晶态比在50%左右，按和晶向择优生长，光学带隙在1.55eV~2.1eV之间变化可调；掺杂膜层的室温电导率优于75S•cm-1。其中，最优化工艺参数为：I层，硅烷浓度1~3%，沉积时间5min，沉积功率40W，沉积温度250℃。N层：SH4: H2:PH3=10: 100: 6~10(SCCM)，沉积时间40min，沉积功率40~80W，沉积温度250℃。利用热蒸发设备在单晶硅衬底上蒸度Al膜，然后采用高真空设备，分别在高真空和Ar气保护条件下进行硅铝背电极退火处理实验，通过SEM，EDS等测试手段分析，结果表明：高真空退火处理明显优于Ar气保护退火处理，在退火温度550℃，退火时间10min条件下，获得具有Si-Al合金层的背电极，明显改善电池的开路电压和短路电流。纳米硅薄膜太阳电池的结构为：Al栅极/ITO/N-nc-Si / I-nc-Si / p-c-Si/ Al背电极。实验上，分别优化ITO薄膜，N-nc-Si 薄膜和I-nc-Si薄膜的制备工艺和Si-Al背电极的烧结工艺，制备性能优良的ITO薄膜，N-nc-Si 薄膜和I-nc-Si薄膜以及具有Si-Al合金层的背电极，从而改善了纳米硅薄膜太阳电池的性能。对纳米硅薄膜单结太阳电池和单晶硅太阳电池进行相对光谱响应测试，结果表明：相比于单晶硅太阳电池的最佳光谱响应值950~1000nm，纳米硅薄膜太阳电池的最佳光谱响应值在850nm附近，这与前两届研究生的测试结果一致，说明纳米硅薄膜电池向短波方向发生移动具有重复性，这为纳米硅太阳电池效率理论值（31.17%）比单晶硅电池效率的理论值（27%）高提供实验依据。对纳米硅薄膜太阳电池进行I-V测试测试，结果表明：纳米硅薄膜太阳电池的开路电压为535mV，短路电流密度为21.56mA/cm2，填充因子达到64%，电池的效率达到7%（国家光伏电池性能测试中心测试结果）。

纳米硅薄膜太阳电池的研制及其背电极退火工艺的研究

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