液相沉积SiO_2薄膜在太阳能电池上的应用

【摘要】：近几十年来,固体太阳能电池作为一种在缓解能源短缺和环境污染方面有巨大前景的绿色能源,促进了太阳能光伏发电技术的迅猛发展。当前,晶体硅太阳能电池在光伏产业中依然占据主要份额。然而,太阳能电池有限的光电转换效率与高纯硅料的使用带来的较高成本严重制约着其大规模的商业化应用。因此,研究如何进一步地降低硅片消耗,提高光电转换效率,对促进Si基太阳能电池的发展具有重要意义。为了提高性价比,在不影响电池光电转换效率的情况下使用更薄的晶体硅电池片是当前该类电池规模化生产中的主流发展趋势。在这一方面,单面湿法制绒技术在减低Si片厚度损失上相对传统双面制绒技术具有巨大优势。传统的单面制绒技术包括PECVD法与硅片漂浮系统两种方式,而这两皆存在着操作复杂与成本昂贵的缺陷。在另一方面,液相沉积法(LPD)作为一种湿法化学工艺被用来生长各类功能化覆盖层,如SiO2、TiO2与金属氧化薄膜,广泛应用于微电子、光催化与化学传感等领域。LPD法具有低温、高选择性、沉积面积大与易于量产等诸多优势。在本文的工作中,LPD法被拓展用以在单晶硅片的表面沉积一层氟掺杂的Si02薄膜,我们首次将该薄膜探索应用作碱性湿法制绒中的硅片背表面抗腐蚀牺牲性的掩膜。我们由此提出了一条全湿法可循环的单面制绒路线,这种单晶硅片的单面制绒应用旨在节省单晶硅料与提高光电转换效率,能够很好地兼适于Si基太阳能电池的后续生产工序。本研究工作的主要结果总结如下：二氧化硅薄膜的液相沉积机理在于水溶液中的饱和的H2SiF6在H3B03的协助下发生水解反应,硅基底表面与水解产物Si(OH)nF4-n之间通过羟基基团键合形成了一层致密的氧化硅薄膜,且在薄膜形成过程中伴随着氟元素的掺入。实验表明,在低于60℃下,LPD-SiO2薄膜的生长速率随着沉积温度的升高而上升。所得的LPD-SiO2薄膜随着厚度的变化显示出不同的颜色,且对75℃,1.5wt%的碱性水溶液体现出不同的耐受性。我们在(100)取向的单晶硅片的背表面液相沉积了一层不低于120 nm厚的二氧化硅层作为掩膜,未经保护的硅片前表面则在碱性腐蚀液被化学制绒。场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)表明在化学湿法制绒中,硅片前表面被刻蚀成带有金字塔的绒面,而背表面则保持了不接触状态。所得的单绒面硅片前表面在450-850 nm波长范围内的入射光反射率降低到了11.1%,同时每片硅片背面节省了5.8μm的硅料损失。我们尝试应用该法对尺寸为15.6×15.6 cm2的单晶硅片进行单面制绒处理并随后制备成电池。然而,由于前驱体溶液中Si(OH)nF4-n自沉积加剧,在大尺寸硅片上的二氧化硅薄膜沉积速率变得十分缓慢。四组背表面带有不同厚度LPD-SiO2薄膜的单晶硅片被用于进行太阳能电池制造与之后的光电转换效率测试。实验结果表明：在低于120 nm的LPD-SiO2掩膜保护下,制绒工序带来的硅片厚度损失同样也可以减小。但如果硅片表面粗糙的损伤层没有被预先除去,完全的LPD-SiO2掩膜刻蚀保护反而会显著降低电池的效率。这是因为硅片背表面粗糙的损伤层形成了大量的少数载流子复合中心,非常不利于电池少数载流子的收集与光电转换效率提升。针对以上问题,我们分别从LPD沉积装置的改善与湿法单面制绒方法的修正两方面出发提出了一条策略,有望最终实现更高效太阳能电池的低成本规模量产。 【关键词】：液相沉积 二氧化硅薄膜 单晶硅片 单面制绒 太阳能电池
【学位授予单位】：复旦大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 第一章 绪论9-30
• 1.1 引言9
• 1.2 太阳能电池9-15
• 1.2.1 光伏太阳能产业的发展历程9-11
• 1.2.2 太阳电池的研究水平和光伏产业现状11-15
• 1.3 晶体硅太阳能电池工作原理与生产工艺15-20
• 1.3.1 晶体硅太阳能电池工作原理15-17
• 1.3.2 太阳能电池的构造及生产工艺17-20
• 1.4 论文相关研究体系介绍20-28
• 1.4.1 晶硅太阳能电池绒面(Texture)制备技术20-23
• 1.4.2 晶体硅太阳能电池钝化(Passivation)技术23-26
• 1.4.3 晶体硅太阳能电池发展趋势26-28
• 1.5 本论文的研究目的以及意义28-30
• 第二章 实验试剂及仪器30-32
• 2.1 实验主要试剂及实验仪30-32
• 2.1.1 化学试剂及药品30
• 2.1.2 实验仪器30-32
• 第三章 液相沉积(LPD)技术的拓展32-46
• 3.1 前言32-33
• 3.2 Si表面LPD法沉积SiO_2薄膜机理及实验内容33-36
• 3.2.1 LPD法在Si表面沉积SiO_2机理33-34
• 3.2.2 Si片预处理34-35
• 3.2.3 制备LPD前驱体溶液35
• 3.2.4 LPD沉积Si表SiO_2薄膜35-36
• 3.3 LPD-SiO_2@Si表征结果与讨论36-42
• 3.3.1 LPD-SiO_2薄膜比色36-37
• 3.3.2 反应温度对LPD沉积SiO_2薄膜的影响37-40
• 3.3.3 LPD-SiO_2薄膜的形态结构40
• 3.3.4 LPD-SiO_2薄膜的FTIR表征40-42
• 3.4 LPD-SiO2薄膜的碱腐蚀耐受性测试42-44
• 3.4.1 实验测试方法42
• 3.4.2 实验结果与讨论42-44
• 3.5 小结与展望44-46
• 第四章 全湿法单晶硅单面制绒技术探索46-58
• 4.1 前言46-48
• 4.2 实验部分48-49
• 4.2.1 LPD-SiO_2阻挡层保护下的单晶Si单面制绒48-49
• 4.2.2 Si片前后表面的表征49
• 4.3 结果与讨论49-57
• 4.3.1 LPD-SiO_2薄膜阻挡层湿法单面制绒直观效果50-51
• 4.3.2 单绒面Si片的FE-SEM表征51-53
• 4.3.3 湿法单面制绒Si片的反射率与膜厚损失测试53-56
• 4.3.4 制绒过程硅材厚度损失测试56-57
• 4.4 小结与展望57-58
• 第五章 LPD湿法单面制绒的电池制造测试58-69
• 5.1 前言58
• 5.2 LPD湿法单绒面单晶硅太阳能电池的制造流程58-62
• 5.2.1 实验试剂58
• 5.2.2 H_2SiF_6前驱体溶液的配制58-59
• 5.2.3 大片Si表面预处理59-60
• 5.2.4 大片Si表面LPD-SiO_2薄膜的制备60-61
• 5.2.5 大片Si前表面LPD-SiO_2薄膜的去除61-62
• 5.2.6 电池的制造与测试62
• 5.3 结果与讨论62-65
• 5.3.1 大片LPD-SiO_2薄膜沉积效果62-64
• 5.3.2 膜层保护效果与电池测试结果64-65
• 5.4 小结与展望65-69
• 参考文献69-77
• 攻读硕士期间发表论文77-78
• 致谢78-80

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

电化学表面增强红外光谱技术进展    阳耀月;张涵轩;蔡文斌;

LN光伏公司国际竞争战略研究    田吉孟

Pd-Cu/C上甲酸根电催化氧化及其去合金化效应    蒋昆;王晔;林涛;蔡文斌;

Pt纳米晶上CO电吸附及电氧化的表面增强红外吸收光谱研究    热依莎·多里坤;阳耀月;蔡文斌;

单晶硅表面金字塔大小与少子寿命的关系    潘盛

核黄素和吖啶类化合物对DNA的声动力损伤的研究    王琦

热蒸发镀膜及多晶硅太阳能电池铝背场的研究    崔兆邦

论我国中小企业国际竞争优势的构建战略    俞毅

论成本领先战略    袁让国

镉电极上的衰减全反射表面增强红外光谱    李巧霞;严彦刚;徐群杰;蔡文斌;

台湾中小企业迅速国际化的原因    黎海波

铂和钌纳米薄膜电极的全湿法制备及表面增强红外效应    严彦刚,李巧霞,霍胜娟,孙颖娜,蔡文斌

异烟酸在碱性溶液中金电极上的现场表面增强振动光谱研究    薛晓康;霍胜娟;严彦刚;王金意;姚建林;蔡文斌;

海尔国际营销战略分析    周堃;王晓茜;

中小企业国际营销现状与发展策略分析    俞涔;

值得借鉴的日本企业国际市场营销策略    聂志毅

国际市场营销理论的应用及发展前景    谢勤

SiO_2乳胶源涂布扩散实验    

甲壳胺与SiO_2杂化材料膜制备的研究    杨洪,丁永涛,邬旭然,孔景临

SiO_2纳米复合材料的研究    郑亚萍,宁荣昌

不同氧氩比例对氧化硅(SiO_2)薄膜的结构及性能的影响    何智兵;吴卫东;唐永建;程丙勋;许华;

SiO_2薄膜的制备方法与性质    陈立春，王向军，徐叙瑢，姚健铨

纳米Si镶嵌SiO_2薄膜的发光与非线性光学特性的应用    郭亨群;林赏心;王启明;

九例铀矿矽肺肺组织中总SiO_2、游离SiO_2、铀含量及α计数的测定分析    石占城;

用俄歇能谱研究热氮化SiO_2膜中氮原子的扩散    刘小阳，陈蒲生，王川，黄世平

Si纳米晶SiO_2复合薄膜的光吸收特性研究    刘凤敏,奇王利,甘润今

超临界CO_2技术制备超细SiO_2的研究    丁涌;宋丽贤;宋英泽;芦艾;周玉丰;

单分散SiO_2颗粒性质和在高技术领域中的应用    董鹏;任平;

硬硅钙石—SiO_2复合纳米孔超级绝热材料    曾令可;曹建新;王慧;

Si注入热生长SiO_2薄膜的辐照损伤研究    周春兰;王丹妮;马创新;章志明;王宝义;魏龙;叶伯年;黄建鸣;

介孔SiO_2/酚醛树脂原位复合材料的研究    余传柏;韦春;

水溶液中单步合成杂化SiO_2高单分散小球及其自组装效应    邓天松;张俊艳;沈昕;朱孔涛;张琦锋;吴锦雷;

双模型介孔SiO_2负载磷钨酸催化剂催化废油脂酯化反应的失活研究    戴群和;孙继红;武霞;白诗扬;

射频反应磁控溅射法在高速钢基底上制备SiO_2薄膜(英文)    曾其勇;周娟;徐军;邓新禄;

SiO_2对大鼠肺泡巨噬细胞iNOS表达及超氧阴离子产生的影响    徐小华;孙树勋;

水性生漆/SiO_2杂化材料的制备与性能    郑燕玉;胡炳环;林金火;

疏水型SiO_2气凝胶的常压制备及吸附性能研究    张志华;倪星元;沈军;吴广明;周斌;

镶嵌在SiO_2介质中的纳米晶Si的制备及其光致发光特性研究    方应翠

SiO_2胶体微球的稀土掺杂与自组装研究    黄昌清

SiO_2分散体系流变学研究及其在防护材料方面的应用    伍秋美

铁氧体/SiO_2纳米复合材料的磁性和穆斯堡尔谱学研究    王丽

聚苯乙烯掺杂纳米TiO_2和SiO_2材料的制备、表征和性能研究    桑晓明

紫外光固化环氧丙烯酸酯/SiO_2（TiO_2）纳米复合涂层的研究    李富生

基于聚合物/SiO_2纳米复合乳液制备三维有序多孔材料    张世玲

磁性温敏聚合物纳米微囊的制备与表征    张峰