硝磷酸腐蚀的CdTe太阳电池性能

CdTe薄膜的腐蚀是制作CdS/CdTe光伏电池的重要技术之一,本实验采用硝磷酸溶液（硝酸1%＋磷酸70%＋去离子水29%）腐蚀CdTe薄膜,通过XRD测试发现在CdTe膜上生成了碲层.随后,在腐蚀后的CdTe薄膜上分别沉积了几种结构的背接触层,并制备出相应结构的CdTe太阳能光伏电池.通过电池的光、暗I-V和C-V特性测试,以ZnTe/ZnTe：Cu/Ni为背接触的小面积太阳电池,其性能优于其它背接触的电池.实验结果表明器件性能与碲的生成和铜的扩散密切相关.     

高效单晶硅太阳电池的最新进展及发展趋势

晶体硅太阳电池是目前光伏市场的主流产品,其又可分为多晶硅电池和单晶硅(c-Si)电池。目前,多晶硅电池成本较低,市场份额较大,但其效率较低;单晶硅电池成本相对偏高,但其效率更高,市场份额小于多晶硅电池。随着硅材料和硅片切割技术的进步,单晶硅片的成本持续下降,且未来市场对高效率的高端光伏产品需求日益增长。因此,高效率的单晶硅电池将受到更多的关注。为进一步提高单晶硅太阳电池的效率,近几年的研究工作主要集中于提高硅片质量来降低体缺陷,寻找新型钝化材料来降低表面和界面缺陷,开发先进的减反技术(新型的绒面陷光结构和材料)以提高光的利用率,引入低电阻金属化技术降低串联电阻,优化PN结制备技术以及器件结构等。2014年至今,单晶硅太阳电池的转换效率得到连续突破。目前,最高效率是日本Kaneka公司创造的26.6%,其他效率达到或者超过25%的晶硅电池包括钝化发射极背面局部场接触(PERL)电池、交叉指式背接触(IBC)电池、硅异质结(SHJ)电池、交叉指式背接触异质结(HBC)电池、隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)电池、多晶硅氧化物选择钝化接触(POLO)电池等。分析这些典型电池的关键技术可以发现,栅线电极与c-Si的金属-半导体接触复合成为影响电池效率的关键因素。为减小这些复合,一方面通过电池背面局部开孔来减小金属与c-Si直接接触的面积,包括钝化发射极背场点接触(PERC)、PERL、钝化发射极和背面全扩散(PERT)等电池。另一方面则是开发既能够实现优异的表面钝化,同时又无需开孔便可分离与输运载流子的新型载流子选择性钝化接触技术,如SHJ电池、TOPCon电池等。此外,采用交叉指式背接触技术与其他电池结构结合则是最大限度提高光利用率的必然选择,包括IBC电池和HBC电池。本文介绍了当前国际上转化效率达到或超过25%的典型高效单晶硅太阳电池,分别对其器件结构、核心工艺、关键材料等进行了分析,在总结这些高效单晶硅太阳电池各自特点的基础上对该领域的发展前景进行了展望。     

IBC太阳电池非均匀掺杂衬底结构参数的优化研究

利用TCAD半导体器件仿真软件设计了一种具有非均匀掺杂衬底结构的N型插指背结背接触(IBC)单晶硅太阳电池.全面系统地分析了非均匀掺杂衬底结构的表面浓度和扩散深度对IBC太阳电池外量子效率、短路电流密度、开路电压、填充因子及转换效率的影响.仿真结果表明:非均匀掺杂衬底结构在一定程度上可提高IBC太阳电池的转换效率;非均匀掺杂衬底结构当扩散深度一定时,存在最优的表面浓度,使得IBC太阳电池的转换效率最高,且非均匀掺杂衬底结构的扩散深度越浅,最优的表面浓度越高.当扩散深度为1.9μm时,最优的表面浓度为3×1016cm-3,电池效率为22.86％;当扩散深度减小到1.1μm时,最优的表面浓度大于1 × 1018cm-3,电池效率大于23.092％.当非均匀掺杂衬底结构的表面浓度一定时,随着扩散深度的增大,IBC太阳电池转换效率随之降低.     

Cu_xTe薄膜的结构及其对CdTe太阳电池性能的影响

用真空共蒸发法制备了CuxTe薄膜并将其运用于CdTe太阳电池中.对薄膜进行了X射线衍射(XRD)分析,比较了有、无CuxTe插层的CdTe太阳电池的暗态,I-V特性和C-V特性.结果表明,刚沉积的薄膜非晶结构占主导地位,只有部分Cu/Te配比较低的薄膜出现多晶结构.CuxTe插层的引入有利于消除roll over(暗态I-V曲线饱和)现象,使电池的二极管理想因子和暗饱和电流密度降低,CdTe掺杂浓度增加,有效地改善了CdTe太阳电池的性能.用CuxTe薄膜作为背接触层,获得了效率为12.5%的CDS/CdTe小面积(0.0707cm2)太阳电池.     

具有复合背接触层的 CdTe多晶薄膜太阳电池

为了提高CdTe太阳电池的背接触性能,用共蒸发法制备了ZnTe：Cu和Cd1-xZnxTe多晶薄膜。研究结果表明：Cd1-xZnxTe多晶薄膜的能隙与锌含量呈二次方关系,ZnTe：Cu多晶薄膜能隙随着掺Cu浓度的增加而减小。分别用ZnTe／ZnTe：Cu和Cd1-xZnxTe／ZnTe:Cu复合膜作为背接触层,既能修饰异质结界面,改善电池的能带结构,又能防止Cu原子向电池内部扩散。因此获得了面积0．502cm^2,转换效率为13．38％的CdTe多晶薄膜太阳电池。     

不同沉积条件下ZnTe与ZnTe:Cu复合背接触层对CdTe太阳电池性能的影响

制备高效的CdTe太阳电池,改善电池的背接触特性是一关键技术。背接触层中掺Cu能够得到性能良好的电池,但Cu在CdTe中进一步扩散,会形成缺陷,造成CdTe太阳电池性能不稳定。因此,有必要系统研究Cu原子在薄膜中的存在状态,进而有效控制Cu的浓度;另一方面,要获得良好的背接触层,必须制备出结构致密的ZnTe与ZnTe:Cu多晶薄膜。研究了衬底温度及沉积速率的变化对ZnTe:Cu薄膜质量及电池性能的影响。在常温下沉积ZnTe后,提高衬底温度沉积ZnTe:Cu对太阳能电池的影响明显,得到了转化效率达10.28%的电池。     

碲化锌的电导率温度关系及其在碲化镉太阳电池组件中的应用

用ZnTe/ZnTe:Cu复合层作为背接触层,能很好的解决CdTe太阳电池的欧姆接触问题.以前的研究表明,ZnTe:Cu因掺铜浓度的不同,显示出不同的电导率温度关系.本文仔细观察了各种掺杂浓度ZnTe:Cu的电导率温度关系,并由此来选定掺铜浓度.实验还表明,对一个确定掺铜浓度的ZnTe/ZnTe:Cu复合层,其退火温度对CdTe太阳电池的性能影响很大.为此,本文发展了通过测试ZnTe/ZnTe:Cu复合层的电导温度关系,来确定退火温度的方法.目前,用ZnTe/ZnTe:Cu复合层作背接触材料,获得了转换效率为7.03%的中面积碲化镉薄膜电池集成组件.     

N型背接触异质结太阳电池概述

在P型晶体硅太阳电池转换效率提升接近极限的情况下,N型晶体硅太阳电池因少子寿命长、光致衰减小、对金属污染的容忍度高等优点,在光伏行业内掀起了研究和产业化的新浪潮。目前研究较多并实现规模化生产的N型电池主要有钝化效果较好、开路电压高的异质结电池(HJT电池)和受光面积大、短路电流高的背接触电池(IBC电池)。而HIBC电池则是将HJT电池和IBC电池的结构优点有机结合的叠加电池,其具有转化效率高、光稳定性好、工艺温度低和可薄片化等特点。HIBC电池目前尚在研发阶段,仍需攻克核心工艺技术;且其生产成本较高,目前产业化应用较少。但其作为新型N型太阳电池,是未来光伏行业高效电池发展的方向和趋势。     

硝磷酸腐蚀对CdTe薄膜性能及背接触层的影响

采用硝磷酸(NP)背表面刻蚀工艺并结合真空共蒸发法分别沉积了几种背接触层材料,研究了NP腐蚀对CdTe薄膜性能及背接触层的影响.结果表明:NP腐蚀后在CdTe薄膜上产生了富碲层;退火后,碲容易与背接触材料中的铜反应生成CuxTe.通过严格控制和优化腐蚀工艺,选择ZnTe/ZnTe:Cu作为背接触层材料,可制备出优异性能的CdTe太阳电池.     

复合背接触层与背电极的匹配对CdTe太阳电池性能的影响

本文研究Ni和Au两种背电极在有、无ZnTe/ZnTeCu背接触层时对碲化镉太阳电池性能的影响及其机理.试验结果表明,在没有ZnTe/ZrTeCu复合背接触层时,Ni和Au相比,输入特性的填充因子(FF)较差,短路电流密度(Jsc)较大,转换效率(η)较低;在有zrTe复合背接触层时,Ni和Au相比,FF相差较小,而η因Jsc较大而较高.通过暗特性的测试,可以看到,在有了ZnTe复合背接触层以后,Ni作背电极的碲化镉太阳电池,其二极管因子(A)、暗饱和电流(Jo)和旁路电阻(Rsh)等三个参数降低的幅度都比Au作背电极的大.这和ZnTe复合背接触层使Ni背电极碲化镉太阳电池效率有更大提高是吻合的.分析表明,这主要是由于光生电流的增大导致了Jsc的增大.这样用Ni代替Au作背电极会带来降低成本和效率提高的双重改进.