硅基太阳能电池高低温交变应力失效机理及表征方法研究

【摘要】：随着人类社会越来越快的发展,人们亟需可代替化石燃料的新能源,即太阳能、生物质能、风能、海洋能、水能等。这些能源中,大部分都是来源于太阳能,并且由于太阳能取之不尽、用之不竭,在使用过程中无污染等特点,在这些新能源中占据着举足轻重的地位。对太阳能的利用主要有三种形式:光化学转换、光热转换和光电转换,其中,光电转换是使用太阳能电池来实现的。现阶段,对太阳能电池的研究主要集中在两个方面,一是提高太阳能电池的转换效率并降低成本,二是研究太阳能电池的质量并进行可靠性的分析,提高可靠性表征方法的灵敏度及准确性。我们主要关注太阳能电池的可靠性分析。目前,对太阳能电池可靠性的表征方法有很多,如通过测量太阳能电池的I-V特性,提取各种电学参量;用光学显微镜与扫描电子显微镜直接观察太阳能电池的缺陷;用场致发光研究太阳能电池反向击穿特性等等。但是这些方法对太阳能电池材料和结构的缺陷的灵敏度不够,测量方法复杂,对参数的提取方法不相同时结果差异较大。噪声作为太阳能电池质量和可靠性评估的一种工具,其有效性与灵敏性已经获得了广泛的认可,并且由于其无损的特性,噪声受到越来越多的研究者的重视。通过分析太阳能电池内部的缺陷及这些缺陷产生的噪声,就可以得到太阳能电池内部更多的可靠性信息。本文首先综述了太阳能电池的电学特性与噪声特性,在分析了高低温交变应力下硅基太阳能电池的失效模式与失效机理的基础上,制定了硅基太阳能电池高低温交变的实验方案,包括实验样品的选择、高低温交变应力实验条件的选择与实验过程的说明,同时根据实验室已有的设备提出了噪声测试方法。通过对实验结果的分析,说明了噪声表征太阳能电池可靠性的有效性与灵敏性。得到了太阳能电池噪声与各种参量的相互关系,即初始1/f噪声与寿命的变化正相关,与效率的变化反相关,与串联电阻的变化反相关和与并联电阻的变化正相关。最后,在载流子数涨落和迁移率涨落的1/f噪声模型基础上建立了太阳能电池1/f噪声的统一模型,并对太阳能电池噪声与各种参量的关系进行了理论分析。 【关键词】：太阳能电池 可靠性 噪声 高低温交变应力 失效分析
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.41
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号对照表11-14
• 缩略语对照表14-17
• 第一章 绪论17-23
• 1.1 研究背景17-19
• 1.2 研究目的与意义19-21
• 1.3 论文结构21-23
• 第二章 硅基太阳能电池的电学特性与噪声特性23-37
• 2.1 硅基太阳能电池的电流-电压关系23-27
• 2.2 硅基太阳能电池中的噪声27-34
• 2.2.1 1/f噪声28-32
• 2.2.2 其他噪声32-34
• 2.3 太阳能电池的性能参数34-37
• 2.3.1 太阳能电池的电学参数34-36
• 2.3.2 太阳能电池的噪声参数36-37
• 第三章 高低温交变应力下硅基太阳能电池的失效模式与失效机理37-47
• 3.1 玻璃损坏38-39
• 3.2 光学退化39-40
• 3.3 栅线与防反射层的氧化40-41
• 3.4 电池退化41-42
• 3.5 失配电池42-44
• 3.6 分层44-45
• 3.7 光诱导退化45
• 3.8 温度诱导退化45-47
• 第四章 硅基太阳能电池高低温交变应力实验设计47-57
• 4.1 太阳能电池样品的选择47-49
• 4.1.1 BPW3447-48
• 4.1.2 2DU648-49
• 4.2 高低温交变应力实验条件与实验过程49
• 4.3 测试系统49-57
• 4.3.1 电学测试系统50
• 4.3.2 噪声测试系统50-55
• 4.3.3 电学测试与噪声测试的测试过程55-57
• 第五章 硅基太阳能电池高低温交变应力实验数据分析57-71
• 5.1 硅基太阳能电池高低温交变应力实验结果57-59
• 5.2 高低温交变应力实验结果分析59-66
• 5.2.1 噪声参量作为太阳能电池质量表征的有效性59-61
• 5.2.2 噪声参量与电学参量灵敏度的比较61
• 5.2.3 太阳能电池使用寿命与初始噪声的关系61-63
• 5.2.4 太阳能电池的转换效率与初始噪声的关系63-64
• 5.2.5 太阳能电池串联电阻变化率与初始噪声的关系64-65
• 5.2.6 太阳能电池并联电阻变化率与初始噪声的关系65-66
• 5.2.7 小结66
• 5.3 太阳能电池的 1/f噪声的统一模型与对实验结果的分析66-71
• 5.3.1 统一模型的建立66-68
• 5.3.2 统一模型对实验结果的分析68-71
• 第六章 总结与展望71-73
• 6.1 本文工作总结71
• 6.2 展望71-73
• 参考文献73-77
• 致谢77-79
• 作者简介79-80

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