晶體硅太陽電池表面減反結(jié)構(gòu)和高K介電薄膜鈍化研究.pdf

1、晶體硅太陽電池具有穩(wěn)定的性能和成熟的制備工藝，在光伏市場占據(jù)超過70％的份額，然而，依舊面臨著轉(zhuǎn)化效率低、生產(chǎn)成本高等問題。如何進(jìn)一步提高晶體硅太陽電池的轉(zhuǎn)換效率是目前該領(lǐng)域亟需解決的難題之一。晶體硅太陽電池轉(zhuǎn)換效率的提高需要陷光性能優(yōu)異的減反結(jié)構(gòu)以降低表面反射率，需要優(yōu)異的表面鈍化以降低表面復(fù)合速率，進(jìn)而提高電池的短路電流、開路電壓。本論文以晶體硅太陽電池表面減反結(jié)構(gòu)和表面鈍化為中心，以進(jìn)一步提高對入射光子的吸收和降低少數(shù)載流子的復(fù)合

2、速率為切入點，以提升晶體硅太陽電池的轉(zhuǎn)換效率為目標(biāo)開展研究。主要研究內(nèi)容如下：
　?。?）采用金屬Ag輔助的化學(xué)腐蝕法和金屬Ni輔助的反應(yīng)離子刻蝕法實現(xiàn)晶體硅表面制絨，得到微納減反結(jié)構(gòu)，以降低表面反射率。通過金屬Ag輔助的化學(xué)腐蝕法對金字塔結(jié)構(gòu)的單晶硅和溝壑結(jié)構(gòu)的多晶硅表面進(jìn)行二次腐蝕，可以得到微納結(jié)構(gòu)的絨面。控制反應(yīng)時間、溫度、AgNO3濃度等條件調(diào)控絨面結(jié)構(gòu)，能夠降低表面反射率至5%以下。利用Ni薄膜在900℃的高溫下退火自發(fā)

3、縮聚形成的Ni納米顆粒作為掩膜板，然后通過反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)實現(xiàn)多晶硅太陽電池表面制絨，得到納米柱結(jié)構(gòu)的絨面。其中，Ni納米顆粒作為掩膜板對納米柱結(jié)構(gòu)的調(diào)控起著關(guān)鍵作用。該納米柱結(jié)構(gòu)陷光性能優(yōu)異，在400~1000 nm的波長范圍內(nèi)，表面反射率能夠降低至2%以下，電池的轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到12.01%。該方法不僅適合多晶硅太陽電池，也可應(yīng)用于單晶硅太陽電池的表面制絨。
　?。?）通過靜電自組裝技術(shù)和超聲波霧化噴頭噴涂技術(shù)將SiO2納米球

4、組裝在晶體硅太陽電池表面，利用SiO2納米球做減反層來進(jìn)一步降低電池的表面反射率，提高電池的轉(zhuǎn)換效率。在單晶硅和多晶硅電池表面采用靜電自組裝技術(shù)組裝 SiO2納米球時，發(fā)現(xiàn)小尺寸的SiO2納米球能夠組裝在絨面的側(cè)面和頂部，而大尺寸的SiO2納米球主要在絨面的底部。此外，采用超聲波霧化噴頭噴涂技術(shù)在多晶硅太陽電池表面噴涂100 nm和200 nm的SiO2納米球時，發(fā)現(xiàn)100 nm和200 nm的SiO2納米球作為涂層能夠降低表面反射率，

5、提高多晶硅太陽電池的轉(zhuǎn)換效率，尤其是在多晶硅太陽電池表面噴涂100 nm的SiO2納米球一個循環(huán)時，電池轉(zhuǎn)換效率的改善最為顯著。
　?。?）采用XPS技術(shù)對 ALD沉積的Al2O3、HfO2、(HfO2)x(Al2O3)1-x，(La2O3)x(Al2O3)1-x和(La2O3)x(HfO2)1-x高 K介電薄膜的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究分析。結(jié)果表明，(HfO2)x(Al2O3)1-x薄膜不是Al2O3和HfO2兩者的簡單

6、混合，而是由 Hf–Al–O組成的合金，接近 Si基底界面處的界面層由 Hf–Si–O組成。(La2O3)x(Al2O3)1-x薄膜是由 La–Al–O組成的合金，其接近 Si基底界面處的界面層由La–Si–O組成，并且在接近 Si基底的界面處，Al的含量遠(yuǎn)小于La。對于(La2O3)x(HfO2)1-x薄膜，其是由Hf–La–O組成的合金，由于Hf和La都比較容易與Si基底發(fā)生反應(yīng)生成硅化物，因而接近Si基底界面處的界面層是由Hf–S

7、i–O和La–Si–O組成。同時研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)薄膜中含有La時，薄膜表面容易吸收空氣中的二氧化碳生成碳酸化合物使薄膜表面污染。
　?。?）將ALD沉積的高K介電薄膜Al2O3、HfO2和兩者的混合薄膜(HfO2)x(Al2O3)1-x作為鈍化層應(yīng)用在單晶硅太陽電池中，降低了載流子的復(fù)合速率，實現(xiàn)了開路電壓的提高和轉(zhuǎn)換效率的改善。通過改變(HfO2)x(Al2O3)1-x薄膜中Hf和Al的比例，可以調(diào)節(jié)薄膜表面固定電荷的數(shù)量從負(fù)到正變