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晶硅太阳能电池的前栅电极—铜前电极技术,相比传统的银粉丝网印刷技术,可以大大减少阴影损耗、串联电阻和电极材料成本,提高能量转换率和降低生产成本,是下一代晶硅太阳能电池的电极技术。但铜在硅中的扩散速率非常快,为降低金属电极在硅中的扩散速率,一般方法是在Si和金属电极之间加入扩散阻挡层(金属/扩散阻挡层/Si)。论文探索利用电化学方法直接在晶硅太阳能电池上沉积Ni-W作为扩散阻挡层的技术;探讨Ni-W合金的电化学沉积的机制。
Ni-W合金的电化学沉积是一个多电子过程,涉及多种络合物的反应。一般而言,对于含有柠檬酸配合离子(citrate)的镀液中,Ni-W合金沉积,主要是[(Ni)(HWO4)(Cit)]2-和[NiCit2]4-两种前驱物反应,其中W的电化学沉积是伴随着Ni的沉积同时发生的。本论文通过改变电化学沉积的沉积电压,探索Ni-W合金的沉积过程机制。首次提出利用不同的反应前驱物(precursor)部分电流法(partial current)来推导Ni-W合金的电化学动力学参数:i0(决速步骤的交换电流)、α(阴极反应决速步骤的传递系数)、n'(决速步骤前的反应步数)。这种方式不同于传统的方法,传统的部分电流法只考虑生成物的电流而忽略离子之间的相互作用过程。随后,将前驱物部分电流法所推导的动力学参数同电化学阻抗法进行比较。在电化学阻抗法中,引入了非线性电荷传递电阻概念,对实验和理论值进行比较。最后,成功制备了非晶态的Ni-W合金。
本论文通过对电化学动力学过程的研究,成功控制了Ni-W合金在晶硅太阳能电池上的电化学沉积。