纳秒激光与硅电池片光电转换效率变化及机理初步分析

描述了用6 ns波长为1 064 nm的激光在SF6中作用于硅表面产生的锥形微观结构过程,测试了经激光处理及未经激光处理之硅晶片制成的硅电池光电转换效率的变化。实验显示,激光处理后的晶片所制电池其光电转换效率提高,其增加量为未经激光处理的电池效率的10%~15%,对这种变化进行了初步机理分析,认为可能与硅逾量电子结合能和Fermi能级有关。激光处理硅晶片的应用,也会进一步改善硅电池制作工艺。     

超短激光脉冲对硅表面微构造的研究

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,制备出表面具有准规则排列的微米量级锥形尖峰结构的“黑硅”新材料。不同背景气体下的实验表明,激光脉宽和背景气体对表面微构造的形成起着决定性的作用。具体分析了SF6气体氛围中,皮秒和飞秒激光脉冲作用下硅表面微结构的演化过程。虽然两者均可造成硅表面的准规则排列微米量级尖峰结构,但不同脉冲宽度的激光与硅表面相互作用的物理机制并不相同。在皮秒激光脉冲作用下,尖峰结构形成之前硅片表面先熔化;而飞秒激光脉冲作用下尖峰的演化过程中始终没有出现液相。对材料的光辐射吸收的初步研究表明,该材料对1.5~16μm的红外光辐射吸收率不低于80%。     

波长和气氛对激光诱导硅表面微结构的影响

为了研究特定气氛下激光辐照对单晶硅表面微结构的影响,采用红外(基频波长1064nm)和紫外(3次谐波波长355nm)YAG纳秒激光脉冲连续辐照方法,分别在SF6、空气、N2和真空环境下对硅表面微结构进行了实验研究。得到红外纳秒激光在SF6和空气中形成的微结构较真空和N2下有更高的纵横比;紫外纳秒激光在SF6和真空中产生的锥形结构比N2和空气中要更为显著,但SF6中形成的微结构上有絮状物的结果。结果表明,激光波长和环境气氛对微结构的形成起着决定性作用,且激光辅助化学刻蚀的效率不同。该结果对深入研究纳秒激光在特定气氛下诱导硅表面微结构是有帮助的。     

飞秒激光刻蚀增强非晶硅薄膜太阳电池性能的研究

通过恒速移动线偏振飞秒激光焦点对非晶硅(a-Si) pin型薄膜太阳电池n型硅膜表面进行绒化刻蚀处理,形成不同周期间隔“凹槽”状结构.采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对刻蚀后薄膜表面形貌进行了表征,证实了刻蚀区域表面能够诱导晶态多孔微结构形成.比较了飞秒激光刻蚀前后a-Si太阳电池的光电转换效率(η)、开路电压、短路电流密度和填充因子.结果表明,当飞秒激光脉冲能量为0.75 J/cm2、刻蚀周期间隔为15μm时,太阳电池光电转换效率达到14.9％,是未经过激光刻蚀处理电池光电转换效率的1.87倍.同时,反射吸收谱表明,电池表面多孔“光俘获”微结构的形成对其光电转换效率的提高起到了关键作用.     

激光传能系统用激光能量转换器的研究与设计

针对远距离激光传能及光电转换问题,通过对传输过程中光纤损耗、波长选择、光电转换材料匹配等影响系统传输效率的各环节因素进行分析,采用在半绝缘InP衬底上外延生长InGaAs PIN的方式设计了光电转换芯片,并对芯片结构及互联工艺进行了优化,最终成功研制出了高效激光能量转换器。试验结果表明,在1550 nm激光照射的条件下,该激光能量转换器的光电转换效率能够达到28%。     

表面活性剂对硅腐蚀效果及太阳电池性能改善研究

在硝酸/氢氟酸腐蚀液中加入表面活性剂对多晶硅片进行了腐蚀,并使用扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜观察硅片表面形貌的变化,在此基础上分析了硅片浸润性及反应物迁移率变化对腐蚀效果的影响。实验结果表明:加入表面活性剂后,腐蚀速率降低,在硅片表面形成了更均匀的绒面结构及亚微米结构,硅片的反射率从23%下降到18.5%,反射率的降低提升了太阳电池的受光面积。仿真结果表明,使用加入表面活性剂的腐蚀液后制备的太阳电池,其短路电流提升了0.25mA/cm2,光电转换效率提升了0.1%。     

LDA端泵浦电光调Q脉冲输出特性研究

利用晶体的电光效应制成脉冲式Q开关(PRM),实现谐振腔中反射镜的部分反射而形成激光振荡.激光介质为Nd:YAG,采用300W准连续LDA(激光二极管阵列)端面泵浦,表面加微柱透镜和透镜导管进行光耦合,传输效率75%,电光晶体为KDP,平-凹腔结构,腔内放置介质膜起偏器,腔长11cm,退压式调Q,设计了实用的退压调Q电路,Q开关后沿触发,改进了硅光电二极管弱光测量电路,输出脉冲被调制,输出脉宽11ns,光-光转换效率10.8%,输出单脉冲能量4mJ,对实验结果进行了分析讨论.     

清洗工艺在太阳能电池工业化生产中的应用

太阳能电池工业化生产中采用前清洗工艺,可以有效地去除硅片表面的机械损伤层,清除表面油污和金属杂质,形成起伏不平的绒面进而增加对太阳光的吸收,增加PN结面积,最终提高硅晶体太阳电池的光电转换效率。后清洗工艺可以有效地进行湿法刻蚀和去除在扩散过程中形成的PSG。     

飞秒激光脉冲能量对SF6气体环境下硅表面尖峰结构形成的影响

介绍了在SF6气体环境下由不同脉冲能量的飞秒激光在硅表面蚀刻出的尖峰结构的变化。其中,硅表面形成的尖峰高度先是随脉冲能量的升高而增加,然而当脉冲能量增加到一定程度时,脉冲能量的继续升高却会导致尖峰高度的降低。尖峰高度在开始阶段的增加是由于激光的消融作用;而过高的能量在前几百个脉冲入射后无法穿透到硅材料深处,聚集在硅表面的能量除了引发最外层的硅材料的飞溅,还使次外层的硅一直处于熔融状态,这种状态阻碍了尖峰结构的形成,即使后继能量顺利导入内部,但由于前一部分脉冲对尖峰结构的形成并无贡献,因此表面的尖峰高度反而有所降低。     

皮秒激光熔覆硼掺杂硅纳米浆料的实验研究

采用硼掺杂的硅纳米颗粒和有机载体混合配制的硅浆料作为原料,以标准太阳能电池工艺中的预处理硅片作为基片,在硅片背面丝网印刷硅浆料,烘干后形成硅纳米薄膜,经皮秒激光熔覆形成掺杂的硅熔覆层,同时硼元素扩散进入硅基片。采用激光形貌仪、扫描电子显微镜、二次离子质谱等手段分析了熔覆层的组织结构和硼元素的掺杂情况。结果表明,皮秒激光形成的硅熔覆层组织均匀致密,与基体之间结合紧密,无裂纹、孔洞等缺陷。硅熔覆层中的硼掺杂浓度最高达到3×1019 atom/cm3,在硅基体内扩散深度为0.5~1μm。在中电电气(南京)光伏有限公司太阳能电池生产线上进行了电池制备实验,平均光电转换效率达到20.3%。     

真空环境下飞秒激光制备的微构造硅的吸收和退火特性

在真空环境下利用飞秒激光制备的黑硅材料,其形貌与SF6气氛中制备的黑硅材料有着很大的区别。为了研究这种真空环境下制备的微构造硅的相关光学特性,通过改变入射脉冲能量研究其峰值变化以及吸收特性,发现当峰值达到一定高度时其对200~2 500 nm波段的光波有95%左右的吸收效率,这与SF6气氛中制备的微构造硅的吸收效率不相上下。最后对两种环境下制备的黑硅样品进行退火处理,发现真空环境下制备的黑硅材料比SF6气氛中制备的黑硅样品具有更好的耐退火性。这些结果对于利用真空环境下制备的微构造硅制作红外传感器具有重要意义。     

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。     

钛表面激光氯化和飞行时间质谱分析

用１０ｎｓ激光脉冲辐照Ｎ２气氛中的钛使表面氮化，对形成的氮化层进行激光烧蚀并用飞行时间质谱进行分析，结合发射光谱和表面形貌观察讨论了氮化机理。     

Highly efficient Raman frequency converter with strontium tungstate crystal

A highly efficient extracavity Raman laser pumped by the infrared nanosecond laser pulses is presented utilizing the recently recommended Raman medium-strontium tungstate crystal (SrWO/sub 4/). The maximum conversion efficiency of the first and second Stokes pulses both reached about 50%, and the maximum total conversion efficiency of the first and second Stokes was obtained to be 70% in the experiment. The conversion efficiency dependence on the polarization and the temporal characteristics of the Stokes and pump pulses were also studied. A theoretical model for the solid-state extracavity Raman laser was established based on the radiation transfer equations describing stimulated Raman scattering processes, and solved numerically. This model can accurately predict the energy transfer dynamics observed in extracavity Raman lasers.     

微构造硅表面形貌的陷光特性研究

在特定的气体氛围下,用一定能量密度的飞秒激光连续照射单晶硅片表面,可制备出表面具有准规则排列微米量级锥形尖峰结构的黑硅材料。利用几何光学中光的传输理论,研究了黑硅材料的陷光特性,以及黑硅表面准规则排列的微米量级锥形尖峰结构的形状和密度对反射次数的影响。获得黑硅的表面准规则排列的微米量级锥形尖峰结构的高度越高、间距越小和底角越大,它的陷光效果就越好的结论。     

Applications of laser precisely processing technology in solar cells

According to the design method of laser resonator cavity, we optimized the primary parameters of resonator and utilized LD arrays symmetrically pumping manner to implementing output of the high-brightness laser in our laser cutter, then which was applied to precisely cutting the conductive film of CuInSe2 solar cells, the buried contact silicon solar cells' electrode groove, and perforating in wafer which is used to the emitter wrap through silicon solar cells. Laser processing precision was less than 40 μm, the results have met solar cell's fabrication technology, and made finally the buried cells' conversion efficiency be improved from 18% to 21% .