多晶硅衬底上制备HIT太阳能电池及其特性研究

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众所周知,单晶硅太阳能电池的效率要高于多晶硅太阳能电池,因此在HIT(heterojunction with intrinsic thin layer)太阳能电池领域,为了实现电池效率的持续提升,人们常常以单晶硅作为电池的衬底材料。然而,由于多晶硅太阳能电池比单晶硅太阳能电池的价格更低廉,多晶硅太阳能电池的效率也越来越接近单晶硅太阳能电池,因此多晶硅太阳能电池已经成为太阳能电池制造业的主流产品。在电池的制备过程中,由于制备工艺简单和低温工艺的特点,与其他类型的太阳能电池相比,HIT太阳能电池的成本相对较低。与此同时,为了实现HIT太阳能电池产业化更好的发展,进一步降低成本已经成为电池发展过程中一个重要途径。本论文利用多晶硅代替单晶硅做衬底材料,制备HIT太阳能电池,并对电池的性能做了优化,其主要成果如下:  本文在电池的制备过程中加入了退火吸杂工艺,目的是去除多晶硅体内存在的大量重金属杂质和缺陷。分别利用铝吸杂和磷吸杂两种方式对多晶硅衬底硅片进行退火吸杂处理。实验中改变退火吸杂的时间、温度、方法(恒温吸杂和变温吸杂)。研究发现,恒温吸杂处理能有效地提高多晶硅片的少子寿命和少子扩散长度,吸杂的效果随恒温吸杂时间和温度的改变而改变,并且铝吸杂和磷吸杂的退火吸杂效果基本相同;变温吸杂的效果要强于恒温吸杂,在变温吸杂中磷吸杂后制备的HIT太阳能电池的效率稍高于铝吸杂。  本文采用不同的处理办法腐蚀掉退火吸杂后多晶硅片表面的吸杂层,研究了不同的腐蚀液在不同的腐蚀条件下对多晶硅片的影响。实验发现,多晶硅片的反射率会随着腐蚀条件而改变,这也严重影响了HIT太阳能电池的光电转换效率,经过数据分析与讨论,得到腐蚀的最好工艺窗口为:铝吸杂中利用浓度为10%的NaOH溶液在80℃腐蚀20min;磷吸杂中HF:HNO3=1:3混合酸溶液在室温下腐蚀50s。  最后,本文通过增加本征非晶硅层,改变掺杂层的沉积时间、沉积功率、掺杂浓度,研究了非晶硅层对HIT太阳电池光电转换效率的影响。研究发现,本征非晶硅层对多晶硅片的钝化作用可以明显的提高电池的效率。通过对上述三个因素实验结果的分析,得到沉积非晶硅层最好的工艺窗口为:1)加入本征层;2)掺杂层的沉积时间10min,沉积功率20W;3)反应室的气体比为SiH4:H2:PH3=12:24.4:3.6,混合气体的总流量40sccm;4)反应气体压强220Pa,反应温度260℃。
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