高效纳米晶硅-晶硅异质结太阳电池的研究

第一章绪论 (1)

1.1 引言 (1)

1.2 硅异质结电池概述 (2)

1.2.1 高效HIT太阳电池的结构和特点 (2)

1.2.1.1 双面HIT太阳电池 (2)

1.2.1.2 HIT-IBC太阳电池 (5)

1.2.2 HIT电池与PERL电池的比较 (6)

1.2.3 硅异质结电池的能带结构和工作原理 (8)

1.3国内外研究现状 (8)

1.4 本论文研究思路及主要内容 (12)

第二章氢化纳米硅薄膜的制备与表征 (15)

2.1氢化纳米硅薄膜的特性 (15)

2.2 PECVD法制备氢化纳米晶硅薄膜 (15)

2.2.1 PECVD设备简介 (16)

2.2.2 薄膜沉积的化学反应 (17)

2.2.3 纳米晶硅薄膜的生长机制 (19)

2.3 纳米晶硅薄膜的表征 (20)

2.3.1 薄膜厚度的测量 (20)

2.3.2 薄膜的电学性能测试 (21)

2.3.3 薄膜的光学性能测试 (21)

2.3.4拉曼散射光谱 (22)

2.3.5 傅立叶变换红外吸收谱 (23)

2.3.6 小角X射线衍射仪 (24)

2.3.7透射电子显微镜 (25)

2.4 太阳电池性能的测试方法 (25)

2.4.1 光态I-V特性测试 (25)

2.4.2 量子效率测试 (26)

2.4.3 少子寿命测试仪 (26)

2.4.4 电池的光致发光谱测试 (27)

第三章用于SHJ太阳电池p型nc-Si: H薄膜的制备与优化 (29)

V 万方数据

VI 3.1 引言 (29)

3.2 实验部分 (30)

3.2.1 p型纳米晶硅薄膜的制备与表征 (30)

3.2.2 SHJ太阳电池的制备与测试 (30)

3.3 氢稀释对p型nc-Si: H薄膜性能的影响 (31)

3.3.1 氢稀释对p型nc-Si: H薄膜微结构的影响 (31)

3.3.1.1 Raman谱分析 (31)

3.3.1.2 SAXD谱分析 (33)

3.3.2氢稀释对p型nc-Si: H薄膜光电特性的影响 (34)

3.3.2.1 氢稀释对薄膜光学性能的影响 (34)

3.3.2.2 氢稀释对薄膜电学性能的影响 (35)

3.4 硼掺杂对p型nc-Si: H薄膜性能的影响 (36)

3.4.1硼掺杂对p型nc-Si: H薄膜微结构的影响 (36)

3.4.1.1 Raman谱分析 (36)

3.4.1.2 SAXD分析 (37)

3.4.1.3 HRTEM 分析 (39)

3.4.2硼掺杂对p型nc-Si: H薄膜光电特性的影响 (40)

3.4.2.1硼掺杂对薄膜光学性能的影响 (40)

3.4.2.2 硼掺杂对薄膜电学性能的影响 (41)

3.5 p型nc-Si: H薄膜中的氢 (42)

3.6 薄膜厚度对p型nc-Si: H薄膜性能的影响 (45)

3.6.1薄膜厚度对p型nc-Si: H薄膜微结构的影响 (45)

3.6.1.1 Raman谱分析 (45)

3.6.1.2 HRTEM分析 (47)

3.6.2薄膜厚度对p型nc-Si: H薄膜电学性质的影响 (48)

3.7 p型nc-Si: H薄膜对SHJ电池性能的影响 (49)

3.7.1 窗口层分别为nc-Si: H(p)和a-Si: H(p)的SHJ电池比较 (49)

3.7.2 p型nc-Si: H薄膜的厚度对电池性能的影响 (50)

3.8 本章小结 (51)

第四章nc-Si: H/c-Si SHJ太阳电池中本征硅薄膜钝化层的制备与性能 (53)

4.1 引言 (53)

4.2 实验部分 (54)

4.3 硅烷浓度对本征硅薄膜性能的影响 (54)

4.3.1硅烷浓度对本征硅薄膜微结构的影响 (54)

万方数据

4.3.1.1 Raman 分析 (54)

4.3.1.2 FTIR 分析 (56)

4.3.2硅烷浓度对本征硅薄膜光电性能的影响 (57)

4.3.2.1硅烷浓度对本征硅薄膜光学性能的影响 (57)

4.3.2.2硅烷浓度对本征硅薄膜电学性能的影响 (58)

4.3.3制绒硅衬底上本征硅薄膜的均匀性分析 (59)

4.4 本征硅薄膜对硅片的钝化 (60)

4.4.1硅烷浓度对本征硅薄膜钝化性能的影响 (60)

4.4.2薄膜厚度对本征硅薄膜钝化性能的影响 (61)

4.5本征硅薄膜钝化层在nc-Si: H/c-Si SHJ电池上的应用 (62)

4.5.1硅烷浓度对SHJ电池开路电压的影响 (62)

4.5.2 a-Si: H(i)钝化层的厚度对SHJ电池性能的影响 (63)

4.6 本章小结 (65)

第五章湿化学钝化及氢后处理对nc-Si: H/c-Si SHJ太阳电池性能的影响 (67)

5.1引言 (67)

5.2 实验部分 (68)

5.2.1 制绒硅片的湿化学钝化方案 (68)

5.2.2 界面的氢处理 (68)

5.3湿化学钝化对电池开路电压的影响 (69)

5.4 氢处理对电池开路电压的影响 (71)

5.4.1氢预处理对电池开压的影响 (71)

5.4.2氢后处理对电池开压的影响 (71)

5.5 148cm2高效nc-Si: H/c-Si异质结太阳电池 (74)

5.5.1 148cm2双面nc-Si: H/c-Si SHJ太阳电池的制备 (74)

5.5.2 结果与讨论 (75)

5.6 本章小结 (76)

第六章结论 (77)

参考文献 (81)

攻读学位期间所取得的相关科研成果 (89)

致谢 (91)

VII 万方数据

河北工业大学博士学位论文

第一章绪论

1.1 引言

世界人口及全球经济的快速发展使全球能源系统危机四伏,全球温室气体排放量持续攀升，大气污染问题日益突出，世界上许多快速发展城市的空气污染甚至已经到了让人窒息的程度。根据2014年11月国际能源署(IEA)发布的《世界能源展望2014》报告[1, 2]，到2040年，全球一次能源需求将增长37%，对煤炭和石油的需求将达到峰值，全球能源面临巨大挑战；同时，报告还指出，电力将成为增长最快的终端能源形式，并且与其他能源行业相比，电力对于减少全球能源结构中化石能源的份额发挥更重要的作用。到2040年，为应对电力需求的增加以及替代现有退役装机容量，需要新建7200GW的装机容量。与此同时，得益于成本下降和补贴政策，迅速发展的可再生能源技术，将成为全球低碳能源供应的重要支柱，可再生能源发电量将占全球新增发电量的近一半。在全球范围内，风力发电、水电和光伏发电，分别占可再生能源的增长份额的34%、30%和18%。可见，太阳能作为可再生能源的重要组成部分，将成为21世纪内全球主要能源之一，太阳能光伏技术为解决能源短缺及环境污染问题提供了有效途径，对世界各国的经济发展发挥着非常重要的作用，光伏产业正日益成为国际上继IT、微电子产业之后又一爆炸式发展的行业。

中国地域辽阔，太阳能资源储备丰富，与水电、风电、核电等相比，太阳能发电没有任何排放和噪声，经过多年的开发，光伏发电得到了长足的发展，并且在未来将发挥越来越大的作用。为减少对常规化石能源的依赖同时降低环境污染，近年来我国政府相继制定了太阳能屋顶计划、金太阳示范工程、《太阳能光伏产业“十二五”发展规划》、《国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见》、《关于进一步落实分布式光伏发电有关政策的通知》等相关政策以促进我国光伏产业的稳定发展[3]。在制订光伏产业中长期科技发展规划时，专家建议我国2020年的光伏发电累计装机容量目标应定位在30GW的水平，届时达到全国发电量的1%。按照这个目标，至2020年我国光伏发电的总装机容量将达到3万MW[4]。

然而，当前晶硅太阳能电池仍在光伏市场中占据主导地位，其所占市场份额接近90%。由于晶硅电池生产成本高，以其为代表的太阳能发电远未达到与传统能源竞争的成本优势，在社会整体能源结构中的比例只有1%[5]。目前产业化的单晶电池转换效率在19%左右，多晶电池转换效率在17%左右，非晶硅薄膜电池在8%～9%。通过降

1万方数据