晶體硅太陽能電池以性價比高的優(yōu)勢,占據(jù)全球光伏產業(yè)90%左右的市場份額。為了提高單晶硅太陽能電池的光電轉換效率,如何提高單晶硅電池的吸光率和增強光生伏特效應一直是研究熱點。本文圍繞單晶硅電池表面織構對其光電特性的影響和光電轉換效率的提高進行系列的相關研究。提出一種量化表征參數(shù)對單晶硅電池表面金字塔織構的均勻性進行量化表征,并利用表征參數(shù)優(yōu)化了制絨工藝參數(shù),得到了光電轉換效率較好的單晶硅電池。但絨面晶體硅電池的金字塔谷底和塔頂容易因熱應力產生缺陷,通過對單晶硅電池表面金字塔織構進行圓化處理,增強了電池的光生伏特效應,將單晶硅電池的光電轉換效率進一步提高。本文從以下幾個方面展開研究:（1）分析了單晶硅制絨過程金字塔的生長特點,利用ANSYS模擬絨面單晶硅片高溫擴散時金字塔織構熱應力分布,研究發(fā)現(xiàn)均勻性越好的單晶硅片在高溫擴散時熱應力越小。提出了相對標準差S_h,可有效量化表征單晶硅電池表面金字塔織構的均勻性。（2）采用不同工藝參數(shù)對單晶硅片進行化學制絨,利用相對標準差S_h對金字塔織構的均勻性進行量化表征,得到其相對標準差S_h越... 

【文章來源】：集美大學福建省

【文章頁數(shù)】：60 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

金字塔織構高度的圖像識別及統(tǒng)計

集美大學碩士學位論文單晶硅太陽能電池表面織構對其光電特性的影響研究4Huang等通過氮化硅層做掩膜刻蝕得到覆蓋率較高，均勻性較好的金字塔織構[53]。大量研究表明，通過采用不同的制絨液，調節(jié)溶液的濃度、添加劑、刻蝕溫度和時間等工藝參數(shù)，得到均勻性較好的金字塔織構，從而提高單晶硅電池的光電特性[54]-57]。這些優(yōu)化制絨工藝的方法有一定效果，但這些優(yōu)化制絨工藝的方法存在工藝流程繁瑣、工作量大和實驗樣本少所造成的工藝優(yōu)化的局限性，且缺乏有效的均勻性表征方法，無法得到不同工藝參數(shù)與金字塔織構均勻性的對應關系，無法高效快捷得獲得最優(yōu)的工藝參數(shù)。1.2.3單晶硅電池表面缺陷與熱應力的研究現(xiàn)狀單晶硅片由硅錠經過金剛線切割的方法得到，切割完后其表面會產生5μm左右深度的損傷層。單晶硅電池的制造要經過制絨、擴散、鍍膜和燒結等諸多生產工序，在這些生產過程中單晶硅片會經歷腐蝕、受壓和受熱，從而會導致單晶硅電池的表面和內部產生缺陷。Hayashi等研究發(fā)現(xiàn)單晶硅電池經高溫燒結過后，其表面金字塔頂端會出現(xiàn)破損、金字塔谷底延伸出裂紋，這些缺陷會降低晶體硅電池的開路電壓[30]，如圖1-2所示。Cousins研究單晶硅電池的熱氧化過程，發(fā)現(xiàn)在高溫氧化中硅基底的體積膨脹，導致金字塔的塔頂和谷底產生拉應力和壓應力，該應力超過硅的斷裂應力，會在整體區(qū)域內產生缺陷[58]，如圖1-3所示。（a）金字塔頂部缺陷（b）金字塔谷底延伸出缺陷圖1-2金字塔表面缺陷[30]（a）金字塔整體應力分析（b）金字塔頂部應力分布圖1-3熱氧化過程金字塔的應力分析[58]

集美大學碩士學位論文單晶硅太陽能電池表面織構對其光電特性的影響研究6時間增長，金字塔塔頂和谷底變得圓潤，圓化率增大[67]；Song等發(fā)現(xiàn)圓化可以增大金字塔底部PN結的擴散深度，使擴散更均勻[68]；Yang等通過圓化可以提高減反射膜和導電薄膜與硅基底的接觸[69]；Python等發(fā)現(xiàn)圓化后氫化非晶硅層的裂紋逐漸減少直到沒有[70]，如圖1-4所示。以上研究可以得到，通過對金字塔進行圓化處理，增強了鈍化效果，可以提高單晶硅電池的光生伏特效應。圖1-4圓化前后的裂紋密度[70]1.3存在問題和解決思路在單晶硅表面制備金字塔織構可以提高其光電轉換效率，但金字塔織構的均勻性對單晶硅電池的光電特性影響較大，但目前關于金字塔織構均勻性對光電特性的影響均是通過實驗現(xiàn)象進行描述，并未從機理上揭示其原因。而對于金字塔織構均勻性的表征也主要通過表面形貌觀察和高度統(tǒng)計，并未能定量表征其均勻程度。目前優(yōu)化制絨工藝的方法存在缺乏理論指導，導致工藝流程繁瑣和工作量大所造成的工藝優(yōu)化的局限性，無法簡單便捷的找到最優(yōu)的工藝參數(shù)。單晶硅電池表面制備金字塔織構后會導致光生伏特效應的下降，但光生伏特效應下降的原因并未找到，亟需解決在提高光生伏特效應的同時也提高單晶硅電池的光電轉換效率這一關鍵問題。為了解決以上問題，本文從單晶硅電池制造過程的熱應力出發(fā)，揭露了金字塔織構均勻性影響其光電特性的原因，提出一種量化表征參數(shù)有效的表征金字塔織構的均勻性，并將表征參數(shù)與其光電特性建立關系，根據(jù)表征參數(shù)便捷地優(yōu)化制絨工藝參數(shù)，提高了單晶硅電池的光電轉換效率。利用對絨面金字塔織構進行缺陷檢測和熱應力仿真分析，揭露了光生伏特效應下降的原因，并通過圓化處理提高了單晶硅電池的光生伏特效應，從而將單晶硅電池的光電轉

【參考文獻】：
期刊論文
[1]薄膜太陽電池研究進展和挑戰(zhàn)[J]. 張傳軍,褚君浩.  中國電機工程學報. 2019(09)
[2]高速滑動電接觸導軌溫度場與熱應力的仿真分析[J]. 鄭杜成,徐蓉,成文憑,趙偉康,袁偉群,嚴萍.  電工電能新技術. 2019(11)
[3]晶體硅電池表面光功能織構及其制備的研究進展[J]. 許志龍,徐西鵬,黃輝,譚援強.  機械工程學報. 2019(09)
[4]基于ABAQUS閥門體鑄造動態(tài)溫度場及熱應力分析[J]. 張群威,劉瑞秋.  鑄造技術. 2019(03)
[5]地鐵車輪踏面緊急制動熱應力分析[J]. 周翠,高卿.  山東農業(yè)大學學報(自然科學版). 2019(01)
[6]激光摻雜制作選擇性發(fā)射極晶體硅PERC電池的工藝研究[J]. 龐恒強.  材料導報. 2018(S2)
[7]晶體硅金字塔絨面結構圓化對其光反射率和非晶硅薄膜鈍化效果的影響[J]. 龔洪勇,黃海賓,周浪.  人工晶體學報. 2015(04)
[8]太陽能光伏發(fā)電成本及平價上網問題研究[J]. 馬翠萍,史丹,叢曉男.  當代經濟科學. 2014(02)
[9]單晶硅片中的位錯在快速熱處理過程中的滑移[J]. 徐嶺茂,高超,董鵬,趙建江,馬向陽,楊德仁.  物理學報. 2013(16)
[10]四甲基氫氧化銨應用于單晶硅高效制絨[J]. 吳文娟,張松,張立元,覃榆森,季靜佳,顧曉峰,李果華.  硅酸鹽學報. 2011(05)

博士論文
[1]高效硅基納米絨面太陽電池研究[D]. 鐘思華.上海交通大學 2015
[2]黑硅與黑硅太陽電池的制備與性能研究[D]. 岳之浩.南京航空航天大學 2013
[3]碘化氧鉍BiOI納米片狀陣列的合成及其應用研究[D]. 王克偉.華中師范大學 2012
[4]硅基太陽能電池陷光材料及陷光結構的研究[D]. 王海燕.鄭州大學 2005

碩士論文
[1]單晶硅電池制絨工藝的研究[D]. 龔寧寧.蘇州大學 2017
[2]FDI對我國新能源產業(yè)影響的分析[D]. 朱媛媛.對外經濟貿易大學 2017
[3]基于光伏陣列拓撲的全局最大功率跟蹤算法研究[D]. 呂盛華.太原理工大學 2016
[4]光面晶體硅—陷光膜復合的太陽能電池光電特性研究[D]. 楊星.集美大學 2015
[5]少子壽命對4H-SiC n-IGBT特性的影響研究[D]. 周婷.西安電子科技大學 2014
[6]基于技術路線圖的戰(zhàn)略性新興產業(yè)技術管理研究[D]. 孫婷婷.天津理工大學 2014
[7]背面拋光及鈍化多晶硅太陽能電池研究[D]. 賀強.北京交通大學 2013
[8]單晶硅太陽能電池制絨前清洗的研究[D]. 李家澍.復旦大學 2013
[9]大陽光伏公司發(fā)展戰(zhàn)略研究[D]. 杜毅.上海交通大學 2012
[10]單晶硅太陽電池制絨研究[D]. 王曉燕.上海師范大學 2012



本文編號：3520044