空心二氧化硅减反膜的制备及其在非晶/微晶硅叠层太阳电池中的应用研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:csuzqc
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空心SiO2减反膜由于其纳米颗粒具有封闭孔隙结构,能有效减少薄膜对空气中的水气吸附,保持折射率稳定,同时相对于传统开放空隙SiO2减反膜具有更好的耐候性和机械稳定性。而具有宽光谱和长效减反特性的多层渐变折射率减反膜,以及这类减反膜在叠层薄膜太阳电池中的应用尚无系统研究。本文基于空心SiO2纳米颗粒杂化技术,实现了薄膜折射率大范围精确调控;在此基础上制备了单层和三层准渐变折射率减反膜,系统研究了两者在光学特性、耐候性和机械性能方面的差异;此外,研究了双层空心SiO2减反膜在调控和提升非晶/微晶硅叠层太阳电池顶、底电池短路电流密度匹配方面的作用与机理。本论文的主要成果如下:  1.通过空心SiO2溶胶与酸催化SiO2溶胶杂化,实现了杂化SiO2薄膜从超低折射率1.10至1.45连续调控。  2.采用杂化SiO2溶胶方法制备了单层和三层准渐变折射率减反膜。发现三层减反膜在300到800纳米波长范围的平均透过率Tave为97.29%,远高于单层减反膜的95.86%;在近紫外波段(345-400纳米),平均透过率达到97.94%,相对于玻璃提高了6.77%。此外,三层减反膜除光学特性优异外,经24小时高加速高温高湿测试Tave仍维持在初始值的99.46%,而单层减反膜为98.38%;经1000次耐洗刷测试,三层减反膜在300-1200纳米波长范围保持平均透过率不变,单层减反膜降为初始值的99.87%。  3.为调控非晶/微晶硅叠层薄膜太阳电池顶、底电池短路电流密度和提升电池效率,设计并制备了两类双层减反膜:分别属于λ/4-λ/4(A型)和λ/4-λ/2(B型),减反膜镀在玻璃的单侧或两侧。研究发现B型单侧镀覆减反膜玻璃对电池效率提升最为显著:从无减反膜电池效率的12.52%提高至12.86%。  4.研究两类减反膜以及单侧和双侧镀膜对短路电流密度的影响,发现B型双侧镀膜对顶、底电池短路电流密度最为显著。相对于未镀膜,顶电池从12.15 mA/cm2提高至12.66 mA/cm2,提升幅度为4.20%。;底电池从11.82 mA/cm2提高至12.71 mA/cm2,提升幅度为7.53%。机理研究发现,玻璃两侧的减反膜分别起了不同的作用,除了进光面一侧的减反作用外,另一侧减反膜在玻璃上形成了纳米尺寸绒面,与后续生长的前电极ZnO∶B一起构成了多尺度微纳复合结构,增强了宽光谱陷光作用。
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