太阳能电池用堇青石—硅复相陶瓷衬底的制备研究

【摘要】：多晶硅薄膜太阳能电池具有电池效率高、性能稳定等特点,并且由于采用的材料很薄,成本低,是目前硅薄膜太阳能电池研究的热点。多晶硅薄膜是由在衬底上生长的具有不同晶粒取向的很多小晶粒组成。制备多晶硅薄膜太阳能电池的方法按照沉积条件的不同可分为低温路线和高温路线,在低温沉积时,可以选用玻璃、塑料材料等衬底材料,但沉积的薄膜晶粒尺寸小,沉积质量差,电池效率很低；高温沉积能耗大,沉积质量好,薄膜晶粒尺寸大,但是缺少适于沉积多晶硅薄膜的高温衬底材料,因此,适用于高温沉积衬底材料的开发对于促进多晶硅薄膜太阳能电池的发展及应用具有重要的意义。 本论文研究了堇青石-硅复相陶瓷衬底材料的制备,由于堇青石具有与硅近似的热膨胀系数,且具有良好的耐高温性、化学稳定性等特点,可以作为高温衬底材料。堇青石-硅复相陶瓷材料本身是按硅的浓度依次升高的梯度材料,不会存在热匹配问题,是一种理想的复相陶瓷衬底材料,到目前为止尚未见堇青石-硅复相陶瓷衬底材料的研究报道。本课题的研究主要是分三大部分来完成的。 第一部分是堇青石粉体的制备,采用焦宝石、矾粉及滑石粉作为原料,通过DSC测试,烧结实验及产物XRD分析,确定在该体系下制备堇青石粉体的最佳温度为1280℃。 第二部分是利用上一步制备的堇青石粉体来制备堇青石陶瓷。堇青石的熔点为1460℃,制备堇青石陶瓷的烧结温度在1400℃左右,因此烧结范围窄,同时硅的熔点为1420℃,若烧制温度高于硅熔点,顶面硅的熔化会渗透到堇青石中,因此需要降低堇青石相陶瓷的烧结温度,所以先对梯度衬底材料最下层堇青石相做了制备研究。在实验过程中采用了两种成型方法即流延成型与压片成型,并添加了氧化铋和氧化钇作为烧结助剂,研究了不同成型方法和烧结助剂对制备堇青石陶瓷的影响。流延成型制备的带坯烧结后的堇青石陶瓷基片吸水率较高,采用压片成型后烧结吸水率比前者低。采用压片成型在1360℃烧结并加入三氧化铋助剂时得到的堇青石陶瓷吸水率最低为5.9%。 第三部分是堇青石-硅复相陶瓷衬底材料的制备。采用压片成型制备复相陶瓷坯片,并用氮气气氛炉进行烧结,通过对复相陶瓷的相关性能表征与分析得知,最佳的烧结温度为1390℃。 【关键词】：太阳能电池 陶瓷衬底 堇青石-硅复相陶瓷 流延成型 压片成型
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TQ174.1
【目录】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-14
• 第一章 绪论14-26
• 1.1 硅薄膜太阳能电池衬底材料的研究意义14-16
• 1.1.1 硅薄膜太阳能电池的技术路线14-15
• 1.1.2 硅薄膜太阳能电池衬底材料的研究现状15-16
• 1.2 多晶硅薄膜太阳能电池衬底材料及性能16-18
• 1.3 堇青石材料的研究现状18-22
• 1.3.1 堇青石的性能18-19
• 1.3.2 堇青石的制备方法19-20
• 1.3.3 添加助剂对制备堇青石的影响20-21
• 1.3.4 堇青石材料的应用21-22
• 1.4 陶瓷衬底材料的成型方法22-24
• 1.5 本论文研究的目的与意义24-26
• 第二章 研究内容及方法26-33
• 2.1 实验设备及试剂26-27
• 2.2 实验原料27-28
• 2.2.1 合成堇青石粉体的原料27
• 2.2.2 合成堇青石-硅复相陶瓷的原料27
• 2.2.3 实验原料的称量27-28
• 2.2.4 实验原料的球磨28
• 2.3 制备堇青石粉体及堇青石-硅陶瓷的工艺流程设计28-29
• 2.4 合成堇青石粉体烧结温度的确定29
• 2.5 不同烧结温度的标号29-30
• 2.6 添加剂的种类与加入量30-31
• 2.7 半干法成型工艺与坯片的干燥31
• 2.8 性能测试31-33
• 2.8.1 物相组成和显微结构分析31
• 2.8.2 烧结样品的性能测试31-33
• 第三章 堇青石粉体的制备33-38
• 3.1 实验过程33
• 3.2 烧结工艺曲线33-35
• 3.2.1 排塑温度曲线33-34
• 3.2.2 制备堇青石陶瓷粉体的烧结曲线34-35
• 3.3 烧成温度对合成堇青石粉体的影响35-36
• 3.4 合成堇青石的热膨胀系数测定36-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第四章 堇青石陶瓷的制备38-49
• 4.1 堇青石流延成型的研究38-44
• 4.1.1 实验过程38
• 4.1.2 PAA、PVA用量和pH值对浆料粘度的影响38-41
• 4.1.3 浆料的成型与干燥41
• 4.1.4 带坯的排塑与烧结41
• 4.1.5 烧结温度对烧结样品的影响41-42
• 4.1.6 添加助剂对烧结样品的影响42-44
• 4.2 堇青石陶瓷压片成型的研究44-48
• 4.2.1 陶瓷坯片的制备过程44
• 4.2.2 陶瓷坯片的排塑与烧结44
• 4.2.3 烧结温度度对烧结样品的影响44-45
• 4.2.4 添加助剂对烧结样品的影响45-47
• 4.2.5 不同烧结温度下样品的显微结构分析47-48
• 4.3 本章小结48-49
• 第五章 堇青石-硅复相陶瓷的制备49-56
• 5.1 复相陶瓷坯体的制备过程49
• 5.2 复相陶瓷坯片的排塑49
• 5.3 复相陶瓷坯片的烧结49-52
• 5.3.1 复相陶瓷坯片的烧结49-51
• 5.3.2 复相陶瓷的显微结构分析51-52
• 5.4 烧结温度对复相陶瓷的影响52-55
• 5.4.1 不同烧结温度下复相陶瓷的显微结构分析52-54
• 5.4.2 不同烧结温度下复相陶瓷的性能测试54-55
• 5.5 本章小结55-56
• 第六章 主要结论及有待进一步开展的工作56-58
• 6.1 主要结论56
• 6.2 主要创新点56-57
• 6.3 有待进一步开展的工作57-58
• 参考文献58-63
• 致谢63-64
• 学位论文评阅及答辩情况表64

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