单晶硅太阳电池腐蚀液及绒面结构的研究

论文摘要

利用光伏发电是解决能源问题和环境问题的重要途径之一。制备高效率低成本的太阳能电池对于大规模利用光伏发电有着十分重要的意义,而通过一定的措施减少太阳电池表面反射率、增强电池表面对入射光的吸收有利于提高太阳电池的转换效率。本文同时从化学角度和物理角度考虑对单晶硅太阳电池表面形貌进行改进,提出有机碱腐蚀液四甲基氢氧化铵（TMAH）制备单晶硅太阳电池绒面以及单晶硅太阳电池中的单面制绒结构的应用。对于TMAH溶液制备单晶硅太阳电池绒面,分别研究了溶液中TMAH浓度及异丙醇（IPA）浓度、反应温度及反应时间对制绒效果的影响。硅片表面的反射率随TMAH浓度升高为先降后升的变化规律,TMAH浓度达到2%时（此时溶液含有10% IPA）,表面反射率下降到最低为13.38%;改变IPA的含量（溶液中含有2% TMAH）,反射率随IPA浓度升高也是先降后升的规律,8% IPA能使得表面反射率降到最低,达到13.43%。硅片表面反射率随溶液温度升高而下降,80°C和90°C时,反射率分别为13.47%和13.40%,考虑的实验可控性和成本,宜选取的反应温度为80°C。以反应时间为变量,TMAH腐蚀硅片的最佳反应时间为30min,反射率降到13.39%。于是得到TMAH溶液制备单晶硅太阳电池绒面的最佳反应条件为:2% TMAH+8% IPA溶液,在80°C下反应30min。通过TMAH绒面太阳电池和传统NaOH绒面电池的对比来看,TMAH绒面金字塔均匀性好、覆盖率高,表面反射率降低约1%,各向性能参数均有所提高,最大输出功率Pm达到2.37W,转换效率η达到16.03%。单面制绒结构采用SiNx膜作为单晶硅太阳电池背表面的保护层,阻挡制绒溶液与背表面反应,从而形成没有金字塔结构的平坦背表面。浓度>40%的HF与水按1:100混合,对PECVD沉积的SiNx减反膜腐蚀速率约为5.543?/min。60nm厚的SiNx膜能够阻挡NaOH制绒溶液与硅片进行反应。由30%NaOH组成的减薄溶液腐蚀绒面金字塔,60s可以基本去除金字塔,反射率与原始硅片减薄后一致,为31.64%。120s后硅片表面变得更加平坦,反射率达到35.63%。通过不同的工艺制备三种形貌的背表面,其中,单面制绒平背表面电池的所有性能参数较其他两种背表面电池均有所提高;减薄平背表面电池的FF,Pm和η稍高于正常绒面背表面电池,但由于厚度减小导致了Isc和Voc不高。理论分析了得出Rs对FF的影响大于Rsh。单面制绒结构电池的铝背场均匀性较好,其厚度约为13μm,与理论值相近。在440nm1000nm波长范围内测得电池的外量子效率（EQE）,发现组2电池的EQE最高;组3电池对于长波部分的EQE比组1电池要好一些。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 太阳电池研究的意义
• 1.2 太阳电池的工作原理和基本结构
• 1.3 晶体硅太阳电池技术的发展
• 1.3.1 绒面制备技术
• 1.3.2 背场制作技术
• 1.3.3 钝化技术
• 1.4 本文的研究意义和主要内容
• 第二章 化学腐蚀法制备单晶体硅电池绒面的机理
• 2.1 单晶硅各向异性腐蚀机制模型
• 2.2 金字塔绒面结构及光学特性
• 2.3 金字塔绒面制备的影响因素
• 2.3.1 硅片腐蚀速率理论
• 2.3.2 温度对腐蚀反应的影响
• 2.3.3 搅拌对腐蚀反应的影响
• 2.4 本章小结
• 第三章TMAH腐蚀液制备单晶硅电池绒面的研究
• 3.1 传统NaOH溶液制备绒面
• 3.2 TMAH溶液制备绒面
• 3.2.1 TMAH浓度对制绒效果的影响
• 3.2.2 IPA浓度对制绒效果的影响
• 3.2.3 溶液温度对制绒效果的影响
• 3.2.4 腐蚀时间对制绒效果的影响
• 3.3 TMAH绒面与NaOH绒面电池性能比较
• 3.4 本章小结
• 第四章 单晶硅太阳电池单面制绒结构的研究
• 4.1 SiNx保护层阻挡制绒的效果
• 4.2 减薄溶液去除绒面金字塔的效果
• 4.3 实验结果及讨论
• 4.3.1 单面制绒对铝背场的影响
• 4.3.2 单面制绒对电池性能参数的影响
• 4.3.3 串联电阻对填充因子的影响
• 4.3.4 硅片厚度对电性能的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 全文总结
• 5.1 主要结论
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文