【摘 要】
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顺应生产发展对节能环保的要求,大规模发展清洁能源已是大势所趋。太阳能发电作为清洁能源的一种,近年来发展迅速,而硅太阳电池因其研究最早,材料丰富等特点,已经具有成熟的制备工艺并在光伏市场上占据90%的市场份额。目前研究高效晶硅太阳电池主要有:HIT、IBC、TOPcon、IBC-SHJ、DASH等,这些太阳电池分别从载流子选择接触、接触钝化、减少遮光等方面优化了太阳电池的结构,并以此获得了较高效率。
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顺应生产发展对节能环保的要求,大规模发展清洁能源已是大势所趋。太阳能发电作为清洁能源的一种,近年来发展迅速,而硅太阳电池因其研究最早,材料丰富等特点,已经具有成熟的制备工艺并在光伏市场上占据90%的市场份额。目前研究高效晶硅太阳电池主要有:HIT、IBC、TOPcon、IBC-SHJ、DASH等,这些太阳电池分别从载流子选择接触、接触钝化、减少遮光等方面优化了太阳电池的结构,并以此获得了较高效率。长期以来,TCO材料因其优良的光电特性被广泛应用与太阳电池,作为太阳电池的窗口层,如何保证不损害电学性能的前提下提高光学性能,成为一个热点。在研究过程中发现,TCO材料不仅光电性能好,而且是一种高功函数材料。本论文主要研究了两种透明导电薄膜:IWO和ITOH,并将这两种材料用于硅异质结太阳电池上,利用材料自身的功函数与硅材料形成能带差,实现空穴的选择性传输。主要研究内容如下:1)采用射频磁控溅射技术制备IWO薄膜,通过调制溅射功率分析了功率对IWO薄膜性能的影响,结果表明:溅射功率从30W增加到150W,薄膜结构和形貌受功率变化影响较小,光电特性受功率变化较大,平均透过率从88.5%下降到85.7%,电阻率从42.79×10-4 Ω·cm下降到4.3×10-4 Ω·cm,在120 W时得到最佳迁移率为47.2 cm2V-1s-1。功函数的最大值为4.9 eV。在此基础上,研究了不同功率沉积对IWO/c-Si异质结太阳电池性能影响,当沉积功率为90 W时,IWO/c-Si异质结太阳电池性能为:Voc为569.7 mV、Jsc为 38.22 mA/cm2、填充为 75.0%,最终获得了 16.32%的电池效率。2)采用射频磁控溅射技术制备了掺氢ITO（ITOH）薄膜,研究了 ITOH对TCO/Si异质结太阳电池性能的影响。结果发现:氢掺杂更利于ITO/c-Si异质结电池填充因子（FF）提高,最高到达82%。实验数据显示:ITO/c-Si异质结电池效率为14.7%,其中Voc到达572mV,Jsc为36.5 mA/cm2,FF为70.3%;ITOH/c-Si异质结电池的效率则提高了6.8%达到15.7%,其中Voc到达530 mV,Jsc为38.1 mA/cm2,FF为77.9%。同时研究了退火对ITOH薄膜及ITO薄膜的影响,温度上升,ITOH薄膜的方块电阻单调下降,而ITO呈现先增加后减小的趋势;随着温度的升高,薄膜的结晶程度增强,且都呈现出（222）择优生长。在300℃时,ITO薄膜的光学性能优于ITOH薄膜,ITO的光学带隙到达3.93eV。针对氢掺杂ITO薄膜后期的研究,目前只进行了叠层ITO/ITOH/c-Si异质结电池的初步尝试,平衡Voc和FF的性能,获得了17.5%的电池效率。
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