【摘要】：近幾年,隨著人口的增多與經(jīng)濟的發(fā)展,人們對于能源的需求量越來越大,太陽能作為一種無毒無污染的可再生能源越來越受到人們的青睞,因此太陽電池的研究得到大力發(fā)展,在這其中,如何提高硅太陽電池的轉(zhuǎn)換效率成為人們最為關(guān)注的問題。太陽電池的轉(zhuǎn)換效率受到工作溫度、入射光強度、電池結(jié)構(gòu)等影響,目前已報道的單晶硅太陽電池實驗室最高轉(zhuǎn)換效率為26.6%。除直接制備光電轉(zhuǎn)換效率較高的太陽電池外,還可以通過改善太陽電池工作環(huán)境的方式,如提高太陽電池的散熱速率、優(yōu)化太陽電池封裝材料的透過性能等,達(dá)到提升電池轉(zhuǎn)換效率的目的。本文旨在采用磁控濺射法制備出一種薄膜,用作太陽電池的封裝材料,在380~1100 nm范圍內(nèi)有較高的透過率,而在1100~2500 nm具有近紅外光過濾性能,阻隔太陽光中的紅外光進入太陽電池,從而減緩太陽電池長時間工作時的升溫。本實驗首先采用射頻磁控濺射的方法,在玻璃襯底上制備了單層的AZO薄膜,通過調(diào)節(jié)Ar氣流量、工作氣壓、熱處理溫度等參數(shù)制備出不同的AZO薄膜試樣。通過分析不同試樣的光電性能、結(jié)晶性能等,再優(yōu)化制備參數(shù),最終在室溫、Ar 10 sccm、插板閥全開的條件下制備出了在380~1100 nm范圍內(nèi)透光率大于88%,在2500 nm處透過率僅29.70%的AZO薄膜。將該薄膜用作晶硅太陽電池的封裝材料時,使得太陽電池在3.5 h的工作時間內(nèi)溫度上升幅度下降了3.12?C,電池開路電壓下降量減少了1.1%。為了進一步降低薄膜在近紅外光區(qū)的透過率,采用FDTD solution軟件模擬Ag、Au和Cu金屬薄膜的透過曲線,旨在為AZO/Metal/AZO三明治結(jié)構(gòu)選取合適的金屬層。根據(jù)模擬結(jié)果,并結(jié)合本實驗室具體實驗條件,選取了Cu作為金屬層,制備AZO/Cu/AZO薄膜。采用磁控濺射法制備出的AZO(139.70 nm)/Cu(9.36 nm)/AZO(139.70 nm)薄膜試樣在380~1100 nm波長范圍內(nèi)最高透過率達(dá)80.95%,在2500 nm波長處的透過率僅為14.06%,表現(xiàn)出的綜合透光性能最符合實驗預(yù)期,且結(jié)晶性、導(dǎo)電性良好。將AZO(139.70 nm)/Cu(9.36 nm)/AZO(139.70 nm)薄膜試樣用作太陽電池封裝薄膜,可以使得太陽電池在3.5 h內(nèi)的溫度上升幅度減少10.61?C,開路電壓下降量減少了5.41%�？紤]到AZO/Cu/AZO薄膜中金屬層與氧化物層的直接接觸會使得金屬層在互擴散的過程中發(fā)生氧化,從而改變薄膜的性能,設(shè)計加入AlN作為阻擋層阻擋AZO中的氧進入Cu層。采用磁控濺射法制備了AZO/AlN/Cu/AlN/AZO薄膜,通過改變Cu金屬層的厚度進一步調(diào)控薄膜的透光性能。實驗表明,AlN層的加入可以有效地阻擋Cu與AZO層的互擴散,且多層膜依舊具有較好的透光性能。AZO/AlN/Cu(14.04 nm)/AlN/AZO薄膜2500 nm波長處的透過率低至8.53%;AZO/AlN/Cu(5.85 nm)/AlN/AZO多層膜用作太陽電池封裝薄膜時,不僅具有較好的導(dǎo)電性能,還可以使得電池在3.5 h內(nèi)的溫度上升幅度減少12.75?C,開路電壓下降量減少了6.61%。
【圖文】：

等方法摻入n元素，在硅襯底的不同區(qū)域會出現(xiàn)p型和n型不同的導(dǎo)電類型，這些不同區(qū)域的交界處被稱為p-n結(jié)。若襯底為n型半導(dǎo)體，，則通過不同方法摻入P元素形成p-n結(jié)。p-n結(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1.1所示。圖 1.2 太陽電池工作原理示意圖未經(jīng)過任何摻雜處理的n型半導(dǎo)體或p型半導(dǎo)體并不具有電傳輸性能。經(jīng)過摻雜以形成p-n結(jié)之后，由于p-n結(jié)兩端的多數(shù)載流子類型不同（在p型硅中，空穴是多子，而n型硅中，電子是多子），因此會存在一定的濃度梯度。p-n結(jié)兩端的載流子在濃度差的作用下被迫產(chǎn)生擴散運動，電子從高濃度區(qū)域運動到低濃度區(qū)，也就是說n型區(qū)域中的電子擴散至p型區(qū)域，同時p型區(qū)域的

南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文圖 1.1 常見 p-n 結(jié)的基本結(jié)構(gòu)圖，常用的晶硅太陽電池的生產(chǎn)方式一般是向p型硅內(nèi)通過合金法、離子注n元素，在硅襯底的不同區(qū)域會出現(xiàn)p型和n型不同的導(dǎo)電類型，這些不同-n結(jié)。若襯底為n型半導(dǎo)體，則通過不同方法摻入P元素形成p-n結(jié)。p-n結(jié)示。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB383.2;TM914.4

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本文編號：2636047