银催化腐蚀多孔硅制备及其在硅太阳电池上应用

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在能源危机日益严峻的今天,太阳能作为一种清洁可再生能源具有广泛的应用前景。其中,光伏发电技术可以将太阳能直接转化为电能,因而受到研究者的广泛关注。硅太阳电池由于原材料资源丰富,转换效率高,所以是现在开发得最快的太阳电池。目前硅太阳电池占据光伏市场份额的80%以上,降低生产成本和提高电池效率是硅太阳电池研究的主要方面。  为了降低生产成本,需要不断减薄硅片厚度。光吸收成为硅片减薄后要解决的关键问题之一。表面反射率最小化是提高硅片表面光吸收的有效途径。本文采用贵金属银纳米颗粒催化腐蚀法,在硅片表面制备纳米多孔硅减反射结构,并应用到硅太阳电池器件中,取得的主要创新性成果如下:  (1)探究了单晶硅片表面反射率随反应温度及硅片掺杂类型的变化规律。多孔硅形貌随着腐蚀时间的增加,呈现出有规律的变化,相应的硅片表面反射率出现先增高后降低的变化规律。反应时间2~5min表面反射率在可见光范围内可以达到5%以下。N型与P型硅片表现出类似的变化趋势。  (2)目前限制多孔硅太阳电池效率的主要因素是后期电池制备工艺对多孔硅造成的损失及表面复合问题。本文中首次采用在深发射极片表面制备多孔硅结构工艺,研究了表面方阻对电池器件效率的影响。所制备多孔硅-金字塔结构太阳电池器件的最佳表面方阻为50Ω/sq,最佳表面方阻条件下得到最高电池效率为14.2%,经过SiNx钝化之后效率可升至15.3%。  (3)将在发射极制备多孔硅结构工艺应用到多晶硅太阳电池上。得出当表面方阻值在50Ω/sq左右时,得到的电池器件效率最高为13.1%。在P型多晶硅片表面利用银纳米颗粒制备多孔硅结构。腐蚀时间为7min时,腐蚀深度在200nm左右,可见光范围内的平均反射率降至15%。制成多孔硅电池器件的转化效率为11.9%,经过SiNx及热氧化钝化之后,电池转换效率也分别提升至12.2%和12.4%。
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