论文部分内容阅读
硅基薄膜电池研究已经成为光伏产业中的一个热点。柔性转移衬底硅基薄膜太阳电池兼具不锈钢衬底和塑料衬底太阳电池的优点,具有很广阔的应用前景。本论文包括两个部分,第一部分采用 VHF-PECVD技术,系统研究了硅烷浓度对稳定非晶硅材料和电池性能的影响,并对电池的性能进行了优化;第二部分是对柔性转移衬底太阳电池的贯通制备工艺进行了初步的探索。
本论文主要进行了以下几个方面的研究工作:
1、采用VHF-PECVD技术制备稳定非晶硅电池。详细研究了硅烷浓度对稳定非晶硅材料和电池性能的影响。结果表明:在非晶/微晶过渡区内靠近非晶一侧,存在着一个光敏性较大的区域,这个区域内的材料晶化率基本为零,正处于非晶到微晶的过渡阶段;在本实验条件范围内,A 系列样品硅烷浓度从3%增大到8%的过程中,电池的短路电流密度逐渐增大,电池的开路电压从0.5V增大到 0.9V,然后基本不变;在硅烷浓度大于8%(B系列)时,随着硅烷浓度的增大,电池的短路电流密度先下降再上升,开路电压和填充因子则先增大再减小;电池光照老化实验结果表明:硅烷浓度减小有利于提高非晶硅电池稳定性;硅烷浓度5%至10%的电池,其光致衰退率低于15%。
2、对稳定非晶硅电池的性能进行了优化。详细研究了有源层厚度、辉光功率、P 层厚度和缓冲层厚度对稳定非晶硅电池性能的影响。结果表明:当电池有源层厚度达到550nm时,电池的效率最高;在实验条件范围内,随着有源层辉光功率的增大,电池的短路电流密度逐渐下降,开路电压和填充因子缓慢上升;随着P层厚度的增大,电池的短路电流密度和效率下降,而电池的开路电压和填充因子上升;在P/I界面加入缓冲层,可以较好地解决界面晶格失配问题,缓冲层厚度有一最佳值。最后将稳定非晶硅电池应用到叠层电池中去,获得了效率为8%的稳定非晶硅/微晶硅叠层电池。
3、在国内首次对柔性转移衬底太阳电池的贯通工艺进行了初步研究。对各种厚度的铝衬底进行了比较,发现厚度为 0.1mm的铝箔比较适合本实验,但其表面粗糙度较大,需要进行抛光处理;在本实验条件范围内,通过电化学抛光3 分钟,铝箔衬底的表面粗糙度从98.245nm下降到9.669nm;在对三种前电极材料(ZnO、ITO和SnO<,2>)腐蚀实验基础上,发现Sno<,2>材料的耐酸和碱腐蚀性最好,更适于柔性转移衬底太阳电池制备工艺;总结出获得致密SnO<,2>薄膜的超声喷雾法多次快速扫描工艺;而玻璃上与PET上层压电池腐蚀后的结果表明:保持衬底在腐蚀前后对电池的支撑力不变,是电池保持平整、不开裂的关键因素;对湿法腐蚀工艺中腐蚀液浓度和温度的影响进行了研究,发现随着氢氧化钠溶液浓度的增大,腐蚀速率先上升再下降;磷酸混合溶液中硝酸和醋酸的量对腐蚀速率影响不大,腐蚀速率随磷酸溶液浓度的增大而增大;温度对腐蚀速率的影响最大,温度每上升10℃,速率增大到原来的2倍;在分析两种腐蚀工艺基础上,提出了适于制备柔性转移衬底太阳电池的两步法腐蚀方式。
4、最后,在贯通柔性转移衬底太阳电池制备工艺基础上,获得了效率为0.6%的柔性转移衬底太阳电池。