用于高效太阳电池的硅基微纳结构及制备

介绍了用于高效太阳电池的几种硅基微纳结构的最新研究进展,重点介绍了几种硅基微纳结构的制备方法,如阳极腐蚀制备多孔硅、各向异性制绒以及气液固(VLS)生长纳米线等,并对各种方法的特点作了分析比较,指出了各种方法存在的问题。最后对今后研究的方向做了展望,由于太阳电池在性能提高以及产业应用方面的需求,未来用于高效太阳电池的硅基微纳结构仍是研究的热点之一。进一步提升其对太阳电池效率的优化能力将是研究的重要关注点,而其制备技术也将向着低成本、大规模及可控制的方向发展。     

硅基Ⅲ-Ⅴ族纳米线及其若干半导体器件

综述了硅基Ⅲ-Ⅴ族纳米线与异质结制备技术的研究进展.针对基于Ⅲ-Ⅴ族纳米线的半导体器件,重点介绍了硅基Ⅲ-Ⅴ族纳米线场效应晶体管的研究现状,详细介绍了硅基Ⅲ-Ⅴ族纳米线场效应晶体管和隧穿场效应晶体管的制备流程、工艺技术和器件的电学性能,并对影响器件电学性能的因素进行了分析.概括介绍了硅基Ⅲ-Ⅴ族纳米线激光器和硅基Ⅲ-Ⅴ族纳米线太阳电池的研究成果,基于硅衬底的Ⅲ-Ⅴ族纳米线太阳电池为低成本、高效能的太阳电池领域开辟了新途径.研究结果表明,采用硅基Ⅲ-Ⅴ族纳米线制备的场效应晶体管、激光器及太阳电池等半导体器件相对于Si,Ge等传统半导体材料制备的器件有着巨大的优势,在未来集成电路技术中具有越来越大的影响力.     

纳米结构太阳电池的研究与展望

纳米结构太阳电池在未来第三代太阳电池中具有潜在应用价值。首先,介绍了各种纳米结构光伏材料的优异物理特性。然后,着重评述了不同纳米结构太阳电池近年的研究进展。这些太阳电池包括具有带隙可调谐特性的量子阱太阳电池、具有良好光吸收特性的纳米薄膜太阳电池、具有低反射率特性的纳米线太阳电池和基于多基子产生效应的量子点太阳电池。最后,提出了发展纳米结构太阳电池的若干技术对策,包括合理选择适宜纳米结构的材料、制备高质量的纳米光伏材料、优化设计太阳电池的组态结构以及揭示与阐明太阳电池中光生载流子的输运机制。     

高效率n型Si太阳电池技术现状及发展趋势

提高太阳电池光电转换效率、降低光伏发电成本已成为全球光伏领域的研究热点。由于n型晶体Si具有体少子寿命长、光致衰减小等优点,非常适于制作低成本高效率太阳电池,近年来高效率n型Si太阳电池引起了人们广泛的关注。文章在论述n型Si特性的基础上,介绍了IBC结构、PERT结构、HIT结构、PERL结构和常规电池结构n晶体Si太阳电池的研究进展及产业化水平,给出了n型Si电池今后的研究方向。     

硅基有序截锥短纳米线的陷光特性

高效陷光是提高薄膜太阳电池效率的重要因素。本文利用周期性的截锥Si纳米线结构获得了宽光谱的高效陷光,其陷光机制借助FDTD solution软件进行了分析。利用图形衬底和选择性外延技术,先在硅衬底上生长出传统的周期性圆柱状硅纳米结构,长度为200nm,直径为80nm;之后利用热氧化技术,制备出可控的截锥纳米线结构,长度为140nm时,其在300-900nm的平均反射率低于5%。这表明有序截锥短纳米线具有良好的宽光谱减反特性,可应用于径向纳米线太阳电池的制备。     

PECVD制备SiOx-SiNx薄膜的研究

首先使用工业型Direct-PECVD设备,采用SiH4和N2O制备了SiOx薄膜.针对Si太阳电池的应用,比较了SiOx薄膜在不同射频功率、气压、气体流量比和温度下的沉积特性,得出了最佳的沉积条件,这些沉积特性包括沉积速率、折射率和腐蚀速率.在该条件下沉积的SiOx膜均匀性良好、结构致密、沉积速率稳定,其性能满足了现阶段Si太阳电池对减反钝化层的光学和电学性能方面的要求.然后制备了SiOx-SiNx叠层减反钝化膜,并比较了SiO2与SiNx单层膜的减反和钝化效果,结果显示SiOx-SiNx叠层膜在不增加反射率的同时显著提高了Si片的钝化效果.     

硅基中长波红外减反微结构研究

采用微加工工艺在Si衬底上制备了微柱和微锥阵列,结合光学建模分析,研究了结构参数对中长波（2.5~9 m）红外光反射率的影响规律。使用严格耦合波分析方法（RCWA）计算的微结构反射光衍射效率与傅里叶红外变换光谱仪（FTIR）测试的反射率结果吻合较好。研究结果表明,Si基微结构对TM及TE偏振光均有良好的红外光减反特性,微锥结构具有更好的减反效果,2.5~6.5 m中红外偏振光的反射率低至2%,同时表现出良好的宽谱与广角度减反特性。     

Si纳米线及其器件研究进展

Si纳米线是一种非常重要的一维半导体纳米材料,在纳米器件方面有很好的应用前景。综述了Si纳米线的一些重要制备方法:激光烧蚀法、模板法、化学气相生长法、热蒸发法,简要介绍了各种制备方法过程并分析各种方法制备纳米线的优缺点。还介绍了Si纳米线所制备纳米器件的电学、电子输运等特性,说明了掺硼、掺磷纳米线分别具有p型、n型半导体特征。最后介绍了Si纳米线在电子器件、纳米线电池、传感器方面的相关应用。     

硅基纳米结构的减反特性及其在太阳能电池中的应用

本文利用湿法化学腐蚀方法在硅基抛光衬底以及金字塔制绒的衬底上成功制备了纳米线阵列结构。在300~1000纳米波段,硅纳米线结构以及纳米线-金字塔混合结构都表现出了很好的减反特性,其平均反射率分别为2.53%、8%。利用传统工艺,我们在125mm125mm²的硅衬底上成功制备了短路电流密度为34.82mA/cm,开路电压为 594mv,效率为12.45%的纳米线太阳能电池。我们发现钝化对纳米结构的太阳能电池很重要,沉积钝化层之后可以将开路电压由420mv提高到560mv。我们通过分析所制备的太阳能电池的基本参数以及外量子效率,系统研究了硅基纳米结构太阳能电池的效率损失机制。实验证实钝化层以及电极的接触特性对提高纳米线太阳能电池的效率具有重要作用,并发现在已含PN结的硅衬底上制备纳米结构有助于提高太阳能电池的性能。     

硅基太阳电池的表面纳米织构及制备

综述了用于硅基太阳电池高效陷光的四种表面纳米织构,即金属纳米颗粒、纳米线、纳米锥和纳米孔。相对于其他三种表面纳米织构,纳米孔具有更好的结构特性和陷光能力。详细介绍了各种表面纳米织构的制备方法,如金属薄膜退火、金属诱导化学腐蚀、干法刻蚀、深紫外光刻和纳米球光刻等。通过表面纳米织构提高效率是太阳电池领域的重点研究内容。表面纳米织构以其优异的光电特性,将在未来高效光伏器件中得到重要应用。     

薄膜太阳电池技术发展趋势浅析

低成本、高效率的薄膜太阳电池是未来光伏产业发展的重要方向之一。主要介绍了目前备受关注的薄膜太阳电池,包括硅基薄膜太阳电池、铜铟镓硒与铜锌锡硫薄膜太阳电池,及砷化镓薄膜太阳电池等,简述了它们的各自特点、研究现状、主要技术路线和产业化发展等情况。最后展望了薄膜太阳电池未来的发展趋势。     

Comparison of the characteristics of solar cells fabricated from multicrystalline silicon with those fabricated from silicon obtained by the monolike technology

In order to raise the efficiency of solar cells and reduce the cost of their production, a new process for obtaining silicon ingots based on the so-called moonlike technology is developed. New technologies, which use “solar-grade” silicon, make it possible to fabricate solar cells at a lower cost with a higher efficiency of solar-energy conversion. It is exactly for this reason that the “monolike” process was tested and optimized by us for Kazakhstan solar-grade silicon. The aim of this study is a comparison of the characteristics of solar cells fabricated from “monolike” silicon with those of solar cells obtained on the basis of multicrystalline silicon grown by oriented crystallization. For our study, ingots of multicrystalline silicon are grown on an industrial scale and through the use of Kazakhstan-sourced silicon; solar cells are fabricated and the characteristics of the obtained silicon ingots and solar cells are studied.     

薄膜太阳能电池的研究进展

薄膜太阳能电池是缓解能源危机的新型光伏器件。评述了薄膜太阳能电池的优缺点,主要介绍了薄膜硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池和有机薄膜太阳能电池的研究现状,总结了它们各自在价格成本、光电转换效率及对环境影响等方面的特点,并对其发展趋势进行了展望。     

超声波辅助湿法腐蚀制备多晶Si低反射表面

为降低光在多晶Si表面的反射,一种以湿法腐蚀为基础,添加超声波震荡的新方法,首次被用来腐蚀多晶Si太阳能电池片.利用扫描电子显微镜观察发现,此法所制备的多晶Si片表面形成了较多窄而深的沟壑状结构.其反射谱测试结果表明,此方法所获得的凹凸表面的减反射效果良好,加权反射率达到3.5%;同时减反射效果对入射光波长选择性不明显.最后,在实验的基础上对腐蚀机理进行了深入的探讨,认为超声波的空泡特性有利于腐蚀的纵向深入,抑制了腐蚀的横向发展,是形成此沟壑状形貌的主要原因.     

Effect of antireflection coatings and coverglasses on silicon solar cell performance

The high reflectivity of the polished silicon surface of the newer N⁺/P silicon solar cells has emphasized the need for properly designed antireflection coatings to obtain improved solar cell performance. The problem is complicated by the facts that solar cells are generally tested in air, but are for their final application covered with a glass or quartz slide which is adhesive-bonded to the cell surface, and further, that solar cells operating in a nuclear particle radiation environment change their spectral response and are frequently optimized for performance at the end of design-life. Experiments have been performed to explore the antireflection characteristics of thin films of silicon monoxide which have been evaporated on the solar cell surface. The effect of the antireflection coating thickness on cell response as a function of wavelength has been determined and the improvement in cell short circuit current for Air Mass Zero space sunlight evaluated. Included in this study was the evaluation of the antireflection characteristics after the application of a coverglass with adhesive over the antireflection coating. For comparison, coverglasses were also applied to bare cells with no antireflection coating present. In all cases the various coating comparisons were based on the cell short-circuit current performance in Air Mass Zero sunlight.     

Survey of material options and issues for thin film silicon solar cells

The high production cost of thick high-efficiency crystalline silicon solar cells inhibits widespread application of photovoltaic devices whereas the most developed of thin film cell technologies, that based on amorphous silicon, suffers inherent instability and low efficiency. Crystalline thin-film silicon solar cells offer the potential for a long-term solution for low cost but high-efficiency modules for most applications. This paper reviews the progress in thin-film silicon solar cell development over the last two decades, including progress in thin-film crystal growth, device fabrication, novel cell design, new material development, light trapping and both bulk and surface passivation. Quite promising results have been obtained for both large-grain (>100 μm) polycrystalline silicon material and the recently developed microcrystalline silicon materials. A novel multijunction solar cell design provides a new approach to achieving high-efficiency solar cells from very modest quality and hence low-cost material. Light trapping is essential for high performance from thin-film silicon solar cells. This can be realized by incorporating an appropriate texture on the substrate surface. Both bulk and surface passivation is also important to ensure that the photogenerated carriers can be collected effectively within the thin-film device. © 1998 John Wiley & Sons, Ltd.     

晶体硅太阳电池表面钝化技术

介绍了晶体硅太阳电池表面钝化技术的发展历程,表面钝化膜在晶体硅太阳电池中所起的作用,以及晶体硅太阳电池中各种钝化膜和表面钝化技术。阐述了国内和国际对晶体硅太阳电池表面钝化技术的最新研究动态,重点论述了SiO2,SiNx,SiCx和Al2O3,以及这些钝化膜的叠层钝化技术的优缺点。在此基础上进一步指出SiO2/SiNx叠层钝化膜将成为今后工业化生产的研究重点,Al2O3及其叠层钝化膜将成为今后实验室的研究重点,由于表面钝化是提高晶体硅太阳电池转换效率最有效的手段之一,今后晶体硅太阳电池表面钝化技术仍将是国内和国际研究的热点问题之一。     

超快激光微构造硅的研究与应用

在特定的气体氛围下,用一定能量密度的超短脉冲激光连续照射单晶硅片表面,或者离子注入在硅中引入硫族元素等方法,可在硅表面得到具有奇特光电性质的微米量级尖锥结构,该微锥结构被称为黑硅。这一新材料有奇特的光电性质,如对0.25～17μm波长的光有强烈的吸收,具有良好的场致发射特性等,为硅提供许多新的功能。Mazur教授预言这种新材料相当于60年前的半导体,在探测器、传感器、显示技术及微电子等领域都有重要的潜在应用价值,尤其在高效太阳能电池领域具有其他材料无可比拟的优越性。本文介绍了超快激光微构造硅的形成机理,研究进展、光电特性以及应用前景。