基于湿法腐蚀工艺的高性能黑硅光电探测器

采用基于硝酸/氢氟酸/磷酸/硫酸混合液的湿法腐蚀工艺,实现了高吸收效率的黑硅结构的制备与工艺集成,获得了具有近红外响应增强效果的黑硅PIN光电探测器,并与未集成黑硅的PIN光电探测器的性能参数进行了对比测试.测试结果显示,黑硅光电探测器在1 060 nm波长下的响应度达到0.69 A/W(量子效率80.7％),较未集成黑硅的器件提高了 116％;黑硅探测器暗电流小于8 nA,响应时间小于8 ns,电容小于9 pF,与未集成黑硅的器件相当.得益于工艺兼容性,所采用的黑硅技术具有广泛应用于硅基近红外PIN,APD,SPAD,SPM等光电探测器的潜力,可显著提高器件的响应率、量子效率、响应速度、击穿电压温度系数等性能.     

丝网印刷制备黑硅太阳电池及其性能表征

采用纳米金颗粒催化腐蚀的方法在硅片表面制备得纳米多孔结构,实现了1.5%（300-1200 nm）的权重反射率。本文采用OPCl3扩散、丝网印刷制备前后电极及共烧等常规太阳电池工艺来制备黑硅太阳电池,对不同腐蚀深度及不同扩散方阻的黑硅太阳电池片的输出电性能进行了分析,并对制备工艺进行了优化,提高了电池的转换效率,实现了丝网印刷制备12.17%的黑硅太阳电池转换效率。     

多晶Si太阳电池新型制绒工艺研究

提出一种采用二次酸腐蚀的多晶Si制绒新方法,首先在HF/HNO3的富HNO3体系中对Si片进行一次腐蚀,之后在富HF体系中进行二次腐蚀,以优化表面织构,减少光在Si表面的反射损失。制绒后,用扫描电子显微镜(SEM)对Si片进行了表面形貌分析,用Carry 5000紫外-可见-近红外分光光度计测量反射谱线,得到未镀减反射膜(ARC)的二次腐蚀制绒的最低反射率为20.34%,比一次腐蚀制绒(22.70%)低2.36%。将二次腐蚀新工艺应用于太阳电池工业制备中,对电池输出参量进行检测分析。结果表明,经过二次腐蚀工艺处理的太阳电池开路电压(VOC)、短路电流(JSC)和效率η均比采用一次腐蚀工艺的太阳电池有不同程度的提高,制成的太阳电池最高效率为14.93%。     

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.     

n型晶体硅太阳电池光诱导衰减现象研究

基于n型晶体硅太阳电池,分析了经光辐照后电池各性能参数的变化,探究了n型晶体硅太阳电池光诱导衰减机理.使用工业化设备在大面积(156 mm×156 mm)n型单晶硅片上制备太阳电池.利用太阳光谱模拟仪对制备的太阳电池进行光照处理,对比各阶段太阳电池电性能参数.结果表明,光照时会导致太阳电池表面减反射膜SiN:H/Si界面处积聚大量固定电荷,增大界面态密度,破坏电池表面钝化层结构,导致开路电压和短路电流产生较大衰减,35 kWh/m2光辐照后n型硅太阳电池效率衰减3.6％.在380℃低温退火处理后电池效率基本可恢复到初始状态.内量子效率测试结果表明光辐照后电池短波区域响应减弱,前表面界面效应导致电池效率发生较大衰减.     

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。     

渐变带隙Cd1-xZnxTe太阳电池光电转换效率的数值模拟

Cd1-xZnxTe是直接带隙半导体材料,其禁带宽度随x值的变化在1.45eV～2.26eV间连续可调.将具有渐变带隙结构的材料作为太阳电池的光吸收层,可以在近背表面的薄层内产生一个准电场.该电场不仅能将俄歇复合发生的位置有效局域化,而且还可降低由表面复合引起的载流子损耗,增强光生载流子的收集效率,进而提高电池的光电转换效率.用渐变带隙Cd1-xZnxTe多晶薄膜替代了传统CdTe薄膜太阳电池中的均匀相CdTe光吸收层,并用AMPS软件模拟分析了渐变带隙Cd1-xZnxTe太阳电池的光电响应特性.经计算,该电池在理想情况下(无界面态、有背面场,正背面反射率分别为0和1)的光电转换效率高达41%.     

湿法黑硅工艺中银残留对太阳电池性能的影响

采用银金属辅助化学腐蚀技术在多晶硅衬底上制备了黑硅绒面,通过能谱仪、扫描电子显微镜和反射率测试仪对所制备黑硅样品的表面银金属残留、形貌和光吸收进行了表征和分析。在此基础之上,通过扩散、腐蚀清洗、镀膜和印刷烧结测试等工序,将多晶黑硅样品制备成太阳电池片,并通过I-V和EL测试仪对其光伏性能和电致发光特性进行了测量和分析。结果表明,与无银残留样品规则、均匀的圆形腐蚀坑绒面相比,黑硅制备过程中如果有银离子残留在表面,扩孔后的表面形貌呈现为方向杂乱和深浅不一的凹坑状形貌,且凹坑周围边界尖锐、形状不规则,制备成电池后转换效率偏低3.03%。     

黑硅制备及应用进展

黑硅作为一种新型低反射率的硅材料,有良好的广谱吸收特性,在光电领域将有很好的应用前景.概括地介绍了黑硅的各种制备方法(飞秒激光扫描、化学腐蚀法和等离子体处理),以及黑硅在太阳能电池、光电二极管、场发射、太赫兹发射等领域的应用.     

工作温度对硅基太阳电池转换效率的影响

基于wxAMPS软件建立硅基太阳电池一维物理模型,在温控条件下分别模拟计算了单晶硅电池和非晶硅电池的输出特性,并利用太阳能综合测试平台在温控条件下测试了单晶硅和非晶硅电池的输出特性.模拟结果表明非晶硅电池在温度升高过程中的光电转换效率下降幅度显著降低,与实验结果吻合.     

低温酸刻蚀对多晶硅表面织构化的影响

采用低温酸刻蚀,通过优化HF-HNO3-H2O腐蚀溶液体系配比及相关工艺参数,在多晶硅材料的表面制备了绒面结构,并进行SEM表面形貌分析和反射谱的测试。结果表明,低温刻蚀比常温刻蚀在生产工艺中更有利于控制反应速度,从而得到效果较好的绒面结构。研究中发现,在不同HF-HNO3-H2O腐蚀溶液体系配比中,温度对反应速率的影响有较大差异,当HNO3含量相对较低时,低温刻蚀工艺有较好的效果。所得最佳绒面制备方案为:酸腐蚀溶液体系配比为VHF∶VHNO3∶VH2O=1∶4∶2,温度为3℃,反应速率控制为2.6μm/min。该方案已在25MW多晶硅太阳电池生产线上实施,不增加工艺难度和生产成本,适合于工业生产。     

多晶硅太阳电池背表面刻蚀提升其性能的产线工艺研究

对比研究了产线上多晶硅太阳电池背表面刻蚀对 其光电转换性能的影响。示范性实验结果表明:多晶硅太阳电池背表面刻蚀能够改善其短路 电流, 从而相应的光电转换效 率提升了约 0．1％。依据多晶硅太阳电池背表面刻蚀前后的扫描 电镜(SEM)形貌、背表面漫 反射光谱及完整电池片外量子效率的测试结果,改进的光电转换的原因可能源于背表面刻蚀 “镜面”化有利于太阳光子在背表面内反射和改进印刷Al浆与背表面覆盖接触。背表面刻蚀 与当前晶硅电池产线工艺兼容,能够提升电池片的光电转换效率,是一种可供选择的产线升 级工艺。     

多晶硅片清洗制绒均匀性的研究

根据多晶硅片的结构特点,对多晶硅片的绒面制备工艺进行优化,在达到减反射效果的同时,改善了电池片的色差情况,同时保证了电池片的转换效率。     

表面处理对低成本多晶硅太阳电池性能的影响

通过沉积SiNx薄膜和H2退火表面处理工艺对低成本多晶硅太阳电池进行了处理,对表面处理前后的电池效率进行了对比测试,详细地研究了这两种表面处理工艺对电池的短路电流、开路电压、填充因子和转换效率的影响。实验发现,沉积了SiNx薄膜的低成本多晶硅太阳电池的效率在原有基础上提高了1.8%左右;而经过H2退火后的电池效率则出现了效率衰减。与此同时,对成本相对高的太阳能级多晶硅电池也进行了H2退火,与低成本多晶硅电池相比,其效率增加明显,与低成本太阳电池呈现了相反的现象。最后分析了两种表面处理工艺对电池性能造成影响的原因。     

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.     

工业级纳米绒面多晶硅太阳电池的发射极扩散方阻调控其光电转换性能研究

本文制备了工业级纳米绒面多晶硅太阳电池,研究 了发射极扩散方阻对其光电转换 性能的影响。结果表明:提高发射极扩散方阻能够有效地提升电池的开路电压、短路电流, 但填充因子相对降低。通过分析关键光电参数,其原因归结为:提高发射极扩散方阻有利于 降低发射极及其表面载流子复合,但过高的发射极扩散方阻将导致发射极与金属栅线接触不 良。采用优化的发射极扩散方阻,纳米绒面相对于微米绒面多晶硅太阳电池具有改善的光电 转换性能,产线均值光电转换效率达到了19.20%。基于上述研究结果 ,讨论了进一步通过调控发射极扩散方阻来优化纳米绒面多晶硅太阳电池的方法。     

单晶Si材料表面碱织构实验研究

在利用单晶Si材料制备太阳电池的过程中,通常利用碱溶液各向异性腐蚀的特性,在表面形成类似于金字塔的绒面结构,降低太阳电池表面反射,提高太阳电池的转换效率。实验采用固定反应温度以及反应时间,调整NaOH溶液的质量分数和无水乙醇的体积分数,通过测量不同实验条件下样品的表面反射率和观察扫描电镜图像,最终得到较好的单晶Si太阳电池表面织构条件。最后分析NaOH溶液的质量分数和无水乙醇的体积分数对表面织构的影响,同时给出测量表面减反射率结果。该结论对工业化单晶Si太阳电池表面织构的制备具有一定的指导意义。