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晶硅异质结太阳电池nc-Si:H/nc-SiOx:H叠层窗口层研究

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太阳能学报 2023年第8期44卷 203-207页

作者：杨煜豪刘文柱张丽平孟凡英高彦峰刘正新上海大学材料科学与工程学院上海200444 中国科学院上海微系统与信息技术研究所新能源中心上海201800

该研究制备高电导、高透明的磷掺杂氢化纳米晶硅氧(nc-Si Ox:H)薄膜,应用于晶硅异质结(SHJ)太阳电池的窗口层以替代传统的氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜。与以a-Si:H薄膜为窗口层的电池相比,短路电流密度提高0.5 m A/cm^(2),达到38.5 m A/cm^(... 详细信息

该研究制备高电导、高透明的磷掺杂氢化纳米晶硅氧(nc-Si Ox:H)薄膜,应用于晶硅异质结(SHJ)太阳电池的窗口层以替代传统的氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜。与以a-Si:H薄膜为窗口层的电池相比,短路电流密度提高0.5 m A/cm^(2),达到38.5 m A/cm^(2),填充因子为82.7%,光电转换效率为23.5%。实验发现,在nc-Si Ox:H薄膜沉积前对本征非晶硅层表面进行处理,沉积1 nm纳米晶硅(nc-Si:H)种子层,可改善nc-Si Ox:H薄膜的晶化率,降低薄膜中的非晶相含量。与单层nc-Si Ox:H窗口层的电池相比,nc-Si:H/nc-Si Ox:H叠层结构提高电池填充因子,达到83.4%,光电转换效率增加了0.3%,达到23.8%。

关键词：纳米晶材料太阳电池薄膜生长晶硅异质结太阳电池纳米晶硅氧(nc-SiOx:H) 界面处理

基于平面硅的晶硅异质结太阳电池表面减反膜的优化

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光学学报 2021年第9期41卷 248-255页

作者：韩少文孙喜莲林本才黄海宾周浪南昌大学光伏研究院江西南昌330031 常州大学江苏省光伏科学与技术国家重点实验室培育建设点江苏常州213164

目前晶硅异质结太阳电池大多采用刻蚀绒面来减小光学损耗,但该方法工艺繁琐,且重复性和后期镀膜均匀性不佳;同时,绒面增加了载流子的传输路径和复合概率,限制了电池性能的提高。本文利用太阳电池模拟软件OPAL和光学膜系设计软件TFCalc,... 详细信息

目前晶硅异质结太阳电池大多采用刻蚀绒面来减小光学损耗,但该方法工艺繁琐,且重复性和后期镀膜均匀性不佳;同时,绒面增加了载流子的传输路径和复合概率,限制了电池性能的提高。本文利用太阳电池模拟软件OPAL和光学膜系设计软件TFCalc,以平面硅为衬底,设计了一种双层TiO_(2)/SiN_(x)减反膜。考虑到太阳光谱分布和异质结太阳电池的光谱响应,本文以加权平均光学损耗作为评价函数,将TiO_(2)/SiN_(x)双层减反膜与玻璃、衬底作为一体进行了优化,并将本文设计的减反膜与绒面硅上单层ITO减反膜的加权平均光学损耗进行了对比。结果表明,与绒面硅上单层ITO减反膜相比,所设计的双层减反膜的加权平均光学损耗更小,为4.69%,较单层ITO减反膜减小了1.97个百分点,且吸收损耗显著降低。本文研究为平面硅替代绒面硅提供了理论支持。

关键词：薄膜晶硅异质结太阳电池 ITO 平面硅 TiO2/SiNx 光学损耗

磁控溅射法制备NiO_(x)及单面晶硅异质结太阳电池

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科学通报 2021年第32期66卷 4197-4204页

作者：李银龙孙云杨旭东周志强刘芳芳李锋宋登元刘玮南开大学电子信息与光学工程学院南开大学光电子薄膜器件与技术研究所天津市光电子薄膜器件与技术重点实验室薄膜光电子技术教育部工程研究中心天津300350 英利能源(中国)有限公司光伏材料与技术国家重点实验室保定071055

NiO_(x)为宽带隙p型半导体材料,其能带结构更适于用作c-Si(n)异质结空穴传输层.为了简化问题,本文研究了NiO_(x)与Si构成的单面异质结无背场太阳电池,其结构为Al栅/ITO/NiO_(x)/Si O_(x)/c-Si(n)/Si O_(x)/Al.通过研究不同溅射参数下NiO... 详细信息

NiO_(x)为宽带隙p型半导体材料,其能带结构更适于用作c-Si(n)异质结空穴传输层.为了简化问题,本文研究了NiO_(x)与Si构成的单面异质结无背场太阳电池,其结构为Al栅/ITO/NiO_(x)/Si O_(x)/c-Si(n)/Si O_(x)/Al.通过研究不同溅射参数下NiO_(x)材料的光学、电学及能带结构,分析NiO_(x)/c-Si异质结的载流子输运及界面复合机制.研究表明异质结价带失调值ΔE_(V)的势垒高度及界面态是影响电池性能的关键因素.结合实验与AFORS-HET软件仿真结果,本研究提出提高器件性能的两个途径:一是降低NiO_(x)/c-Si价带失调值ΔE_(V)及界面态密度;二是提高发射区NiO_(x)受主浓度,增强内建电场.本文为研究新型高效NiO_(x)/c-Si异质结太阳电池提供参考并指出了方向.

关键词：晶硅异质结太阳电池磁控溅射 NiO_(x) 价带带阶载流子输运界面复合

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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晶硅异质结太阳电池非晶硅薄膜与背场工艺优化研究

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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临近空间用柔性晶硅异质结太阳电池

北京航空航天大学学报 2023年

作者：赵文婕韩安军孟凡英呼文韬徐国宁刘正新中国科学院上海微系统与信息技术研究所新能源技术中心中国电子科技集团公司第十八研究所临近空间专业部中国科学院空天信息创新研究院

针对临近空间飞行器能源系统对太阳电池性能的需求，利用硅异质结（SHJ）太阳电池的双面对称结构和低温工艺特点，开发了厚度小于100微米的超薄柔性SHJ太阳电池。针对飞行器对太阳电池组件在力学、热学、电学的要求，开展了柔性SHJ太阳... 详细信息

针对临近空间飞行器能源系统对太阳电池性能的需求，利用硅异质结（SHJ）太阳电池的双面对称结构和低温工艺特点，开发了厚度小于100微米的超薄柔性SHJ太阳电池。针对飞行器对太阳电池组件在力学、热学、电学的要求，开展了柔性SHJ太阳电池组件封装材料的研究和优化，确定了组件的封装结构和工艺，开发了适用于临近空间飞行器的柔性高效率SHJ太阳电池组件。针对临近空间环境适应性要求对其可靠性进行研究，确立了高耐候性、高稳定性柔性SHJ组件，大批量应用于高空无人机和平流层飞艇。同时，针对不同的应用环境，设计开发了新一代高效率柔性组件，并对组件性能进行对比研究。

关键词：临近空间飞行器晶硅异质结太阳电池超薄单晶硅柔性太阳电池环境可靠性

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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双层发射极结构的晶硅异质结太阳电池的设计与制备

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

非晶硅/晶体硅异质结太阳电池本征钝化层掺氧性能研究

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非晶硅/晶体硅异质结太阳电池本征钝化层掺氧性能研究

作者：赵百华南昌大学

学位级别：硕士

非晶硅/晶体硅异质结太阳电池(SHJ)因其高转化效率、高开压等优势有望成为未来光伏技术发展的主流产品。之所以具有如此高的转化效率与其电池结构中的本征非晶硅薄膜(钝化层)密不可分,该钝化层极大地提高了界面钝化性能。然而非晶硅薄... 详细信息

非晶硅/晶体硅异质结太阳电池(SHJ)因其高转化效率、高开压等优势有望成为未来光伏技术发展的主流产品。之所以具有如此高的转化效率与其电池结构中的本征非晶硅薄膜(钝化层)密不可分,该钝化层极大地提高了界面钝化性能。然而非晶硅薄膜本身具有的寄生吸收会导致太阳电池中短路电流的降低进而影响转化效率。为了提高薄膜钝化性能及减少光学损失。本文通过HWCVD(热丝化学气相沉积)法使用CO作为氧源主要对以c-Si(n)为衬底的后发射极异质结太阳电池n-α-Si:H薄膜侧钝化层进行掺氧处理形成本征掺氧非晶硅薄膜(i-α-SiOx:H)以拓宽薄膜带隙减少光学损失提高电池效率。将该层分为i较薄和i较厚的两层;研究i层和(i+i)双层两种掺氧结构对整个钝化层与太阳电池性能的影响。以及在掺氧钝化层结构优化的基础上研究热丝电流及氢稀释对掺氧后钝化层薄膜及太阳电池性能的影响;最后初步探讨了对p-α-Si:H侧钝化层进行掺氧后薄膜性能表现。主要结论如下:(1)当n-α-Si:H薄膜侧钝化层(i)进行掺氧时,在镀膜工艺中CO流量为4sccm时,薄膜综合性能表现最佳,电池效率达到最高;此时整个钝化层的微结构因子R为0.21;平均电池效率(Eff)为24.16%比不掺氧时的23.86%高了0.30%的效率,Voc和Jsc分别为739.7m V、39.50m A/cm比i层不掺氧时的734.7m V、39.28m A/cm分别高出了5m V、0.22m A/cm。经过光注入退火增效后,Eff都提高了0.17%左右;分别达到了24.33%、24.03%。(2)将(i+i)双层进行掺氧时,当镀膜工艺中CO流量控制分别为,i为4sccm、i为8sccm时;薄膜综合性能表现最佳,电池效率达到最高的;此时整个钝化层的微结构因子R为0.38;平均Eff为24.23%比只i层掺氧时的24.16%高了0.07%的效率,Voc为743.9m V比只i层掺氧时的739.7m V高了4.2m V,而此时的Jsc为39.33m A/cm比只i层掺氧时的39.50m A/cm降低了0.17m A/cm;经过光注入退火增效后,Eff达到了24.40%。通过不同掺氧结构对比发现i掺氧和(i+i)结构掺氧在Jsc、Voc上均有提升;但相对于只对i层掺氧时(i+i)双层掺氧Voc上提升幅度更大;而只对i层掺氧时Jsc提升更大。(3)热丝电流和氢稀释对薄膜及太阳电池器件具有重要影响,当热丝电流为30A时掺氧钝化层薄膜质量最好,此时R为0.33,Eg达到最大,薄膜厚度随着电流增大而增大;电池效率达到最高为24.21%;光注入退火增效后达到了24.34%。氢稀释流量为16sccm时薄膜质量及钝化效果最好,此时R为0.28;薄膜厚度随着氢流量的增加而降低;经过光注入退火后Eff达到了24.49%的高效率。最终确定当镀膜工艺i层气体流量比为SiH:CO:H=20sccm:4sccm:0sccm;i层气体流量比为SiH:CO:H=20sccm:8sccm:16sccm;热丝电流大小为30A时沉积的掺氧钝化层薄膜与器件具有最佳性能表现。(4)p-α-Si:H薄膜侧钝化层掺氧会导致薄膜的钝化质量严重下降,随着镀膜气体CO流量的增加,R也随之上升,最高达0.56;少子寿命由不掺氧时的3461μs,下降到最低时的727μs。

关键词：晶硅异质结太阳电池本征非晶硅薄膜 HWCVD 掺氧