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双层发射极结构的晶硅异质结太阳电池的设计与制备

双层发射极结构的晶硅异质结太阳电池的设计与制备

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作者：高江南昌大学

学位级别：硕士

以日本Panasonic公司HIT太阳电池为代表的晶硅异质结太阳电池是目前光伏技术的研究热点之一。很多研究机构都致力于其工艺优化和新结构的研究。近日，日本Panasonic公司汲取背接触太阳电池结构的优点制备了新型HIT太阳电池，获得了商业... 详细信息

以日本Panasonic公司HIT太阳电池为代表的晶硅异质结太阳电池是目前光伏技术的研究热点之一。很多研究机构都致力于其工艺优化和新结构的研究。近日，日本Panasonic公司汲取背接触太阳电池结构的优点制备了新型HIT太阳电池，获得了商业规格(143.7cm2)下高达25.6%的光电转换效率，刷新了长达15年之久的晶硅太阳电池世界纪录。本文研究了本征a-SiOx:H薄膜对晶硅表面的钝化作用，提出了双层发射极结构的晶硅异质结(DLE-SHJ)太阳电池，并对其进行了理论模拟与实验验证。研究发现：与本征a-Si:H薄膜相比，本征a-SiOx:H薄膜对n型晶硅表面的钝化效果更加稳定;通过对沉积参数的优化，获得了PECVD沉积本征a-SiOx:H钝化薄膜的最佳钝化效果。其有效少子寿命高达1893μs，表面复合率低至4cm/s，沉积参数分别为：衬底温度为200oC，气体流量比H2:SiH4:CO2为15sccm:3sccm:0.6sccm，射频功率为12W，沉积气压为22Pa。本文对提出的DLE-SHJ太阳电池进行了模拟分析，结果表明：改进后的DLE-SHJ太阳电池相比于传统的单层发射极异质结(SLE-SHJ)太阳电池，短路电流和开路电压均有提升，串联电阻有略微降低，外量子效率在30000nm处有所提升，其绝对转换效率提高了0.7%。结合模拟结果，通过改变发射极掺杂浓度来分别优化SLE-SHJ太阳电池和DLE-SHJ太阳电池，并与模拟结果进行对比分析。结果表明：相比于传统的SLE-SHJ太阳电池，改进的DLE-SHJ太阳电池的绝对转换效率提高了2.8%，外量子效率在30000nm处有提高，与模拟所获得的趋势完全一致。这证实了设计的双层发射极结构能提升太阳电池转换效率。

关键词：晶硅异质结太阳电池双层发射极钝化转换效率模拟

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晶硅异质结太阳电池非晶硅薄膜与背场工艺优化研究

晶硅异质结太阳电池非晶硅薄膜与背场工艺优化研究

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作者：宁武涛南昌大学

学位级别：硕士

晶硅异质结电池具有转化效率高和工艺温度低的优点,在光伏应用中人们对晶硅异质结太阳电池有着广泛的兴趣。到目前为止,只有日本松下公司的HIT异质结太阳电池实现产业化,但其对HIT电池的相关工艺和制备过程高度保密,国际上其他研究结构... 详细信息

晶硅异质结电池具有转化效率高和工艺温度低的优点,在光伏应用中人们对晶硅异质结太阳电池有着广泛的兴趣。到目前为止,只有日本松下公司的HIT异质结太阳电池实现产业化,但其对HIT电池的相关工艺和制备过程高度保密,国际上其他研究结构和企业对晶硅异质结太阳电池进行了大量研究,我国起步较晚,与他们的差距较大。本文研究优化晶硅异质结电池的非晶硅薄膜和背场工艺。本文基于HWCVD研究了沉积本征非晶硅薄膜研究对硅片钝化效果,并比较了两种常用测试测试硅片少子寿命技术的差异;基于HWCVD沉积非晶硅薄膜技术制备晶硅异质结太阳电池,优化了铝背场烧结工艺,制备单层发射极电池和双层发射极电池并进行对比;与企业合作研究,利用薄膜电池生产设备尝试制备晶硅异质结太阳电池。主要结论如下:基于HWCVD沉积本征非晶硅薄膜研究钝化硅片表面,随着沉积气压增大,非晶硅薄膜微观结构参数R*逐渐减小,薄膜中的空位缺陷也逐渐减少;随着热丝电流增大,薄膜微观结构参数R*先减小后增大,薄膜中空位缺陷逐渐增多。μ-PCD和RF-PCD测试硅片所获得结果差异与硅片少子寿命面分布相关,面分布不均匀时二者测试结果差异很大,面分布均匀时二者测试结果相差不大。基于HWCVD技术制备晶硅异质结太阳电池,首先优化了铝背场烧结工艺,引入双层发射极结构用于晶硅异质结太阳电池。对比单层发射极电池和双层发射极电池的性能,发现双层发射极电池的开路电压和填充因子大幅提升,短路电流密度也有提高,最终双层发射极电池比单层发射极电池效率提高了3.03%。基于薄膜电池生产设备PECVD沉积非晶硅薄膜、LPCVD沉积BZO制备晶硅异质结太阳电池,优化本征钝化层气压和氢稀释比应用于制作电池,对比铝背场结构的电池和非晶硅背场结构的电池性能,发现铝背场结构的电池开路电压、短路电流密度和填充因子都有很大的提升,量子效率在长波段改善显著,最后电池转换效率提升了2.35%。使用扫面电镜测得在制绒电池表面BZO的形貌图,发现BZO表面的晶粒生长呈现金字塔的微观结构,这样的微观形貌使得BZO具有一定的陷光效果。BZO沉积在制绒硅片表面上使得电池的反射率低至5%左右。

关键词：晶硅异质结太阳电池本征非晶硅铝背场双层发射极 BZO

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