基于ZnO纳米阵列的硅薄膜太阳能电池

【摘要】：本硕士论文提出了一种基于ZnO纳米阵列的n-ZnO/p-Si异质结太阳能电池,其结构为:FTO或AZO透明导电玻璃/ZnO籽晶层/ZnO纳米阵列/硅薄膜/金属电极。本论文具体研究了该太阳能电池结构的制备方法和表征,通过改变工艺条件和制备参数研究制备此结构的太阳能电池。电池的主要制备过程为:首先在FTO或AZO透明导电玻璃衬底上采用溶胶-凝胶法形成ZnO籽晶层,化学溶液生长法在籽晶层上制备ZnO纳米阵列;其次采用等离子增强化学气相沉淀法(PECVD)在ZnO纳米阵列表面制备硅薄膜;最后在硅薄膜上蒸镀金属电极制备成太阳能电池。与其他太阳能电池结构相比,本电池结构中硅薄膜在ZnO纳米棒上形核生长,形成硅薄膜包覆ZnO纳米阵列的结构。此结构设计使得硅薄膜与纳米阵列全面接触,能充分利用纳米阵列传递载流子的作用,提升电池的光伏转换效率。本论文采用金属Al诱导晶化法制备多晶硅薄膜,实验中引入的元素Al扩散到ZnO中为N型掺杂,扩散到Si中为P型掺杂,不仅避免在制备或使用过程中掺杂元素互扩散导致的电池性能变化,又能形成有效的pn结,提高电池的开路电压。本实验室已经成功制备出硅薄膜全面包覆ZnO纳米阵列的电池结构。在实验中,通过改变ZnO生长中前驱体Zn2+的浓度、反应时间,调控制备N型ZnO纳米阵列形貌;通过改变制备硅薄膜的制备温度和沉积时间、硼烷掺杂浓度等制备包覆ZnO纳米阵列的P型硅薄膜。利用X射线衍射仪、紫外-可见分光光度计、扫描电子显微镜、激光拉曼光谱仪和四探针对制备出的太阳能电池各层薄膜的晶体结构、表面形貌、光学性质和电学性质进行探究。 【关键词】：ZnO纳米阵列 硅薄膜太阳能电池 等离子增强化学气相沉淀法
【学位授予单位】：湖南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4;TB383.1
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 前言11-21
• 1.1 太阳能电池简述11
• 1.2 硅太阳能电池简述11-12
• 1.3 选题的依据12-18
• 1.3.1 n-Zn O/p-Si异质结构13-17
• 1.3.2 ZnO用于太阳能电池领域的国内外发展状况17-18
• 1.4 选题的内容18-19
• 1.5 选题的创新点19-21
• 第二章 硅薄膜太阳能电池的制备方法及表征手段21-31
• 2.1 ZnO薄膜的制备方法21-23
• 2.1.1 溶胶—凝胶法21-22
• 2.1.2 激光脉冲沉积法22
• 2.1.3 分子束外延法22-23
• 2.1.4 超声喷雾热解法23
• 2.2 ZnO纳米阵列的制备方法23-24
• 2.2.1 催化剂辅助化学气相沉积法23-24
• 2.2.2 模板限制辅助生长法24
• 2.2.3 溶液生长法24
• 2.3 硅薄膜的制备24-26
• 2.3.1 化学气相沉淀法24-25
• 2.3.2 磁控溅射法25-26
• 2.3.3 金属诱导晶化法26
• 2.4 金属电极的制备26-27
• 2.5 硅薄膜太阳能电池的主要表征手段27-29
• 2.5.1 X射线衍射仪27-28
• 2.5.2 扫描电子显微镜28
• 2.5.3 紫外-可见分光光度计28
• 2.5.4 四探针法28-29
• 2.5.5 激光拉曼散射光谱仪29
• 2.6 小结29-31
• 第三章 基于ZnO纳米阵列的硅薄膜太阳能电池的制备及表征31-47
• 3.1 ZnO纳米阵列的制备31-33
• 3.2 ZnO纳米阵列的表征33-38
• 3.2.1 不同浓度制备的ZnO纳米阵列33-36
• 3.2.2 不同时间制备的ZnO纳米阵列36-38
• 3.3 在ZnO纳米阵列上硅薄膜的制备38-39
• 3.4 硅薄膜的表征39-43
• 3.4.1 不同衬底制备的硅薄膜39-41
• 3.4.2 不同生长温度制备的硅薄膜41-43
• 3.5 基于ZnO纳米阵列的硅薄膜太阳能电池结构43-47
• 3.5.1 太阳能电池结构表征43-45
• 3.5.2 太阳能电池结构的光学性能45-47
• 第四章 基于ZnO纳米阵列的硅薄膜太阳能电池的影响因素47-55
• 4.1 基于ZnO纳米阵列的硅薄膜太阳能电池结构的影响因素47-51
• 4.1.1 ZnO纳米阵列对太阳能电池结构的影响47-49
• 4.1.2 硅薄膜对太阳能电池结构的影响49-51
• 4.2 掺B对太阳能电池结构和性能的影响51-55
• 4.2.1 掺B对太阳能电池结构的影响51-53
• 4.2.2 掺B对太阳能电池电学性质的影响53-55
• 第五章 结论和下一步工作55-57
• 5.1 主要结论55-56
• 5.2 下一步工作56-57
• 结语57-59
• 参考文献59-65
• 硕士研究生期间的申请的专利65-67
• 致谢67

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