發(fā)布時(shí)間：2020-04-25 08:30

【摘要】：太陽(yáng)能電池一直朝著高效率和低成本的方向發(fā)展,其中,晶硅太陽(yáng)能電池一直占據(jù)著光伏市場(chǎng)主要份額。光學(xué)損失和電學(xué)損失是限制太陽(yáng)能電池效率的主要因素。對(duì)于單晶硅而言,通常采用堿的各向異性刻蝕制備正金字塔結(jié)構(gòu)來(lái)降低表面反射率,而倒金字塔結(jié)構(gòu)由于具有更加優(yōu)異的光學(xué)和電學(xué)特性被廣泛應(yīng)用于高效太陽(yáng)能電池當(dāng)中。但是,目前倒金字塔結(jié)構(gòu)的制備通常需要復(fù)雜的工藝,包括光刻、激光等技術(shù),不適用于太陽(yáng)能電池的產(chǎn)業(yè)化。我們組采用了一步法銅催化刻蝕法制備了大面積的倒金字塔結(jié)構(gòu),對(duì)比工業(yè)化生產(chǎn)的正金字塔結(jié)構(gòu)具有工藝簡(jiǎn)單、成本較低等優(yōu)點(diǎn)。本文研究了堿各向異性刻蝕和銅基酸溶液各向異性刻蝕的差異,以及正金字塔和倒金字塔的形成機(jī)理。為了解決金剛線切割多晶硅制絨的問(wèn)題,我們創(chuàng)新性地引入了銅銀共催化刻蝕制備了倒四棱錐結(jié)構(gòu),其具有低反射和易鈍化的特性,并且有效地解決了多晶硅上的色差問(wèn)題,且該制備工藝簡(jiǎn)單,與現(xiàn)有的太陽(yáng)能電池制備工藝兼容。本文中系統(tǒng)地研究了堿和銅催化各向異性刻蝕的差異。堿的各向異性刻蝕特性來(lái)自于不同晶面取向的硅表面原子懸掛鍵密度和背鍵結(jié)構(gòu)不同,以及其細(xì)微的能級(jí)差別。堿的各向異性刻蝕再加上其整體刻蝕過(guò)程以及點(diǎn)狀的形核模式,最終刻蝕得到正金字塔結(jié)構(gòu)。銅催化各向異性刻蝕特性是由于Cu~(2+)/Cu較弱的氧化還原勢(shì)以及不同取向硅表面原子的電子態(tài)不同,銅的沉積呈現(xiàn)出各向異性,從而導(dǎo)致了硅的各向異性刻蝕。銅催化各向異性刻蝕再加上其是局域刻蝕過(guò)程以及坑狀的形核模式,最終刻蝕得到倒金字塔結(jié)構(gòu)。此外,銅催化刻蝕最終的結(jié)構(gòu)都是由{111}面組成,與襯底的取向無(wú)關(guān)。與堿刻蝕不同的是,銅催化各向異性刻蝕的各向異性因子與(100)和(111)表面懸掛鍵密度的比值非常接近,由于金屬催化的特性,其在(111)面上也具有較快的刻蝕速率(0.54μm/min),而堿刻蝕的速率基本上趨近于零。通過(guò)對(duì)銅催化刻蝕的深刻理解,我們可以精確控制倒金字塔的形貌結(jié)構(gòu)參數(shù),包括尺寸,粗糙度以及反射率等。進(jìn)一步地,我們制備了基于倒金字塔結(jié)構(gòu)的PERC太陽(yáng)能電池,由于倒金字塔結(jié)構(gòu)優(yōu)異的減反射性能,其短路電流較正金字塔絨面結(jié)構(gòu)的PERC電池高,同時(shí),其下凹且開(kāi)闊的結(jié)構(gòu)特性非常有利于電極的填充,在接觸電阻方面具有明顯優(yōu)勢(shì),大大提高了填充因子,最終提升電池效率。我們創(chuàng)新性地采用一步法銅銀共催化刻蝕法制備了具有優(yōu)異的減反射性能和易鈍化的結(jié)構(gòu)特性的倒四棱錐結(jié)構(gòu),不僅解決了金剛線切割多晶硅的制絨難題,還解決了制絨后的色差問(wèn)題。銅銀共催化刻蝕法的機(jī)理是利用了銀催化具有較強(qiáng)的縱向刻蝕能力和銅催化刻蝕具有較強(qiáng)的橫向刻蝕能力,即在銅銀共催化刻蝕過(guò)程中,銀催化的縱向刻蝕負(fù)責(zé)向下挖孔,而銅催化的橫向刻蝕負(fù)責(zé)擴(kuò)孔,挖孔和擴(kuò)孔在同一步驟完成。此外,我們通過(guò)控制工藝條件,權(quán)衡銅催化的橫向刻蝕特性和銀催化的縱向刻蝕特性,得到了高寬比可控的倒四棱錐結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地,我們研究了基于一步法銅銀共催化刻蝕法制備倒四棱錐結(jié)構(gòu)的多晶硅太陽(yáng)能電池的制備工藝。制備了156 mm×156 mm大面積金剛線切多晶硅太陽(yáng)能電池,獲得了19.49%的超高轉(zhuǎn)化效率,相比于傳統(tǒng)的砂漿切割酸制絨電池平均效率提升0.5%以上,而相比于金剛線切割的酸制絨電池,效率提升更多,達(dá)到了1.5%絕對(duì)值。更重要的是,采用銅銀共催化刻蝕法在多晶硅上制備倒四棱錐結(jié)構(gòu),不需要前處理去損傷層以及后處理擴(kuò)孔,是真正意義上的一步法制絨,工藝簡(jiǎn)單,成本較低,非常有利于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
【圖文】：

較于風(fēng)能、核能和海洋能等能源，太陽(yáng)能有取之不竭、用之不盡的優(yōu)勢(shì)認(rèn)為是未來(lái)最具有競(jìng)爭(zhēng)性的可再生清潔能源之一。因此，太陽(yáng)能已經(jīng)紀(jì)取代傳統(tǒng)化石能源的最佳選擇。2004 年歐洲聯(lián)合研究中心（JRC）根技術(shù)的發(fā)展?jié)摿�及其資源總量，對(duì)未來(lái) 100 年的能源需求總量和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)：太陽(yáng)能在未來(lái)能源結(jié)構(gòu)中的占比將越來(lái)越大，并將在 21 世紀(jì)圖 1.1 能源結(jié)構(gòu)和發(fā)展供應(yīng)圖（來(lái)自 JRC）

隨著光伏技術(shù)不斷的進(jìn)步與生產(chǎn)規(guī)�；�的擴(kuò)大，，光伏發(fā)電的成本顯著降低越來(lái)越多的國(guó)家已將太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)視作重要的新興產(chǎn)業(yè)。2016 年太陽(yáng)能光伏新增裝機(jī)容量首次超過(guò)風(fēng)電與水電，達(dá)到 76 GW。從圖 1.3 由 ITRPV 提供的光伏組件光平均售價(jià)與累積組件出貨量關(guān)系圖可以看到，2017 年太陽(yáng)能光伏組件圖 1.2 從 1975 年到 2018 年不同種類太陽(yáng)能電池的最高轉(zhuǎn)換效率（來(lái)自 NREL）
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM914.4

【參考文獻(xiàn)】

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2 虞棟;王申;酈莉;王偉;吳仕梁;吳小山;張鳳鳴;;銅輔助單步化學(xué)刻蝕多晶硅(英文)[J];微納電子技術(shù);2014年04期

3 王英姿;侯憲欽;;帶能譜分析的掃描電子顯微鏡在材料分析中的應(yīng)用[J];制造技術(shù)與機(jī)床;2007年09期

4 王涓,孫岳明,黃慶安,周再發(fā);單晶硅各向異性濕法腐蝕機(jī)理的研究進(jìn)展[J];化工時(shí)刊;2004年06期

5 耿新華,孫云,王宗畔,李長(zhǎng)健;薄膜太陽(yáng)電池的研究進(jìn)展[J];物理;1999年02期

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6 徐景輝;MEMS工藝集成化設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2640024