發(fā)布時(shí)間：2020-05-03 21:16

【摘要】：硅基太陽(yáng)能電池可以直接將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換成電能,具有清潔、安全、高效等優(yōu)點(diǎn),在硅基太陽(yáng)能電池中引入陷光結(jié)構(gòu)能夠有效提高光電轉(zhuǎn)換效率,逐漸成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。硅納米線(Si NWs)作為一種陷光結(jié)構(gòu),具有特殊的納米尺寸效應(yīng),能夠增強(qiáng)光捕獲,提高電池效率,在硅基太陽(yáng)能電池的應(yīng)用上展露出了巨大的優(yōu)勢(shì)。由于在納米尺寸范圍,形貌的改變會(huì)對(duì)電池效率造成一定的影響,因此本文通過(guò)金屬輔助化學(xué)刻蝕(MACE)法制備了不同形貌的Si NWs微納陣列結(jié)構(gòu),并制備了基于不同形貌的Si NWs微納陣列晶硅太陽(yáng)能電池,系統(tǒng)地研究了Si NWs形貌調(diào)控方法及不同形貌Si NWs對(duì)晶硅太陽(yáng)能電池性能的影響。本文研究工作內(nèi)容如下:首先利用MACE方法制備了大面積Si NWs微納陣列結(jié)構(gòu)。通過(guò)改變氫氟酸/雙氧水混合溶液的刻蝕時(shí)間調(diào)控Si NWs長(zhǎng)度,通過(guò)改變紫外-臭氧(UV-Ozone)預(yù)處理時(shí)間和5%氫氟酸處理時(shí)間調(diào)控Si NWs填充率。其次通過(guò)n型摻雜擴(kuò)散、表面鈍化、絲網(wǎng)印刷電極等工藝制備了晶硅太陽(yáng)能電池,研究了Si_3N_4鈍化層和SiO_2鈍化層對(duì)晶硅太陽(yáng)能電池性能的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明以Si_3N_4作為鈍化層的晶硅太陽(yáng)能電池性能較優(yōu)。最后,系統(tǒng)地研究了Si NWs長(zhǎng)度和填充率對(duì)基于Si NWs晶硅太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率的影響。隨著Si NWs長(zhǎng)度的增加,其反射率逐漸降低,在3000 nm時(shí)平均反射率低至1.49%�；�于不同長(zhǎng)度Si NWs的晶硅太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率隨Si NWs長(zhǎng)度增加而變大,在Si NWs長(zhǎng)度為3000 nm時(shí)效率達(dá)最高。隨著Si NWs填充率的增加,其反射率呈先增大后減小的趨勢(shì),當(dāng)Si NWs填充率為49.71%時(shí)晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率最高。Si NWs微納陣列的減反效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的硅金字塔陣列,基于Si NWs微納陣列的晶硅太陽(yáng)能電池各項(xiàng)特征參數(shù)均高于基于傳統(tǒng)硅金字塔陣列的晶硅太陽(yáng)能電池。
【圖文】：

硅納米線的光學(xué)性能解納米線微觀的物理過(guò)程對(duì)于實(shí)現(xiàn)高效的 Si NWs 太陽(yáng)能電池是至關(guān)重要 的光學(xué)性能主要考慮光吸收和光反射。吸收是決定太陽(yáng)能電池效率的主要因素之一。在低能量光子有序 SiNWs 損耗較高，因此 SiNWs 陣列的整體吸收要比同量級(jí)的薄膜少。所以在制池時(shí)，需要考慮到所用材料的光學(xué)吸收特性，以優(yōu)化 SiNWs 的幾何參數(shù)、直徑、長(zhǎng)度等，獲得更高的光吸收。07 年，Hu 和 Chen[14]利用轉(zhuǎn)換矩陣方法模擬計(jì)算了規(guī)則 Si NWs 陣列光究了線徑、長(zhǎng)度和填充率對(duì) SiNWs 陣列吸收的影響。填充率定義為 2 是納米線的直徑，a 是晶格常數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，Si NWs 在合適的填充率下膜低得多。在高頻區(qū)，Si NWs 陣列比薄膜具有更高的吸收率，而在低頻s 陣列吸收較少，，因此可以通過(guò)改變填充率將 Si NWs 吸收率設(shè)計(jì)成接近率。

式中 λg——與硅帶隙相對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)；I（λ）——美國(guó)測(cè)試與材料協(xié)會(huì)在 AM 1.5 下的光譜輻照；A（λ）——吸收度。如圖 1-1 所示，列出了在特定幾個(gè)填充率下 SiNWs 陣列作為晶格常數(shù)的函數(shù)的最終效率。從圖中可以清晰的看出，在這些填充率下，晶格常數(shù)大于 150 nm 的 SiNWs 陣列的極限效率可以超過(guò)等厚 Si 薄膜的極限效率（下方虛線為等厚 Si 薄膜的極限效率）。2010 年，Bao 和 Ruan[16]通過(guò)計(jì)算研究了三種隨機(jī)結(jié)構(gòu)即隨機(jī)位置、長(zhǎng)度和直徑的垂直排列 SiNWs 陣列的光學(xué)特性。圖 1-2（Ι）為有序和隨機(jī)陣列的排布圖，圖 1-2（ΙΙ）為實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果。研究表明，隨機(jī)位置的 SiNWs 陣列表現(xiàn)出輕微的吸收增強(qiáng)，而隨機(jī)直徑或長(zhǎng)度的 SiNWs 陣列則表現(xiàn)出顯著的吸收增強(qiáng)。這些結(jié)果表明，與有序硅納米線陣列相比，結(jié)構(gòu)隨機(jī)的垂直 SiNWs 陣列不僅不會(huì)破壞光吸收，反而能夠進(jìn)一步增強(qiáng)光吸收。
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM914.41;TB383.1

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本文編號(hào)：2648137