a—Si薄膜太阳电池状况介绍

非晶硅薄膜电池是一种最有前途的廉价光伏电池。目前的光电转换效率约为10%。本文根据a-Si薄膜材料的性质和特点,分析了a-Si薄膜太阳电池优于常规单晶硅厚膜太阳电池的原因。同时介绍了日本、美国以及中国的a-Si薄膜太阳电池的现状、前景及提高其转换效率的途径。     

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。     

非晶硅银薄膜的飞秒激光辐照研究

采用磁控共溅射方法制备非晶硅银(a-Si∶Ag)薄膜,并对其进行飞秒激光辐照;采用扫描电子显微镜、拉曼光谱仪、积分球、半导体性能测试仪等,对辐照前后薄膜的表面形貌、微观结构以及光电性能等进行表征。结果表明:当辐照能量为300 mJ/cm~2时,a-Si∶Ag薄膜表面无明显的刻蚀痕迹,薄膜中有纳米晶硅颗粒生成,薄膜中的Ag纳米晶长大;当辐照能量为600 mJ/cm~2时,薄膜表面出现明显的刻蚀痕迹,Ag纳米晶进一步长大,然而,产生的纳米晶硅颗粒的尺寸却没有变化;被飞秒激光辐照后,a-Si∶Ag薄膜比辐照前的电阻率更小,同时,薄膜对可见-近红外波段的入射光产生了反射减弱现象。研究结果对基于a-Si∶Ag薄膜的忆阻神经突触器件性能的改善具有积极意义。     

NIP型非晶硅薄膜太阳能电池的研究

采用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)技术制备非晶硅(a-Si)NIP太阳能电池,其中电池的窗口层采用P型晶化硅薄膜,电池结构为Al/glass/SnO2/N(a-Si:H)/I(a-Si:H)/P(cryst-Si:H)/ITO/Al.为了使P型晶化硅薄膜能够在a-Si表面成功生长,电池制备过程中采用了H等离子体处理a-Si表面的方法.通过调节电池P层和N层厚度和H等离子体处理a-Si表面的时间,优化了太阳能电池的制备工艺.结果表明,使用H等离子体处理a-Si表面5 min,可以在a-Si表面获得高电导率的P型晶化硅薄膜,并且这种结构可以应用到电池上;当P型晶化硅层沉积时间12.5 min,N层沉积12 min,此种结构电池特性最好,效率达6.40%.通过调整P型晶化硅薄膜的结构特征,将能进一步改善电池的性能.     

基于表面等离激元共振效应及表面钝化提高异质结太阳电池效率的研究

基于硅纳米孔(SiNHs)/银纳米颗粒(AgNPs)纳米复合薄膜制备了无机/有机物混合太阳电池,并且研究它们的光吸收谱和光电转换等性能.SiNHs/AgNPs纳米复合薄膜利用金属辅助化学刻蚀方法获得,然后在制备好的薄膜上旋涂一层有机聚合物PEDOT∶PSS作为空穴传输层.从光吸收谱可以看出,有AgNPs的纳米复合薄膜有明显的吸收峰,并且在短波区域,相比于没有AgNPs的纳米复合薄膜,整体的吸收有较大的提高.同时,有AgNPs的太阳电池的短路电流密度和外量子效率均有明显的提高.尤其在对纳米复合薄膜表面进行钝化处理后,该混合异质结太阳电池的光电转换效率最高可达到5.5％.认为,这主要是由于AgNPs的局域表面等离激元共振效应和钝化减少纳米复合薄膜表面缺陷等原因使电池的性能有较大的提高.     

聚酰亚胺衬底柔性非晶硅薄膜电池集成串联组件的研究

研究了柔性Si基薄膜太阳电池集成串联组件的制备与关键技术。对导电栅线在柔性薄膜太阳电池集成串联组件中的重要性进行了模拟计算,对柔性薄膜太阳电池激光刻蚀进行了理论分析与实验优化,并对柔性Si基薄膜太阳电池集成串联组件进行了设计与研制。在聚酰亚胺(PI)衬底上,通过卷对卷磁控溅射与卷对卷等离子增强化学气相沉积(PECVD)依次沉积复合背反射层Ag/ZnO、Si基薄膜层和透明导电膜层,采用激光刻蚀与丝网印刷工艺相结合实现集成串联,制备了柔性非晶Si(a-Si)薄膜太阳电池集成串联组件。柔性单结集成串联组件有效面积转换效率达到了4.572%(AM0),开路电压Voc=5.065V,填充因子FF=0.552。     

n-i-p型非晶硅太阳电池中p/ITO界面特性研究

采用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)技术,制备n-i-p型非晶硅(a-Si)太阳电池,采用反应热蒸发法制备ITO薄膜作为太阳电池的前电极。通过改变B2H6的掺杂浓度获得了不同晶化率的p层,详细研究了p层性能对p/ITO界面特性以及电池性能的影响。结果表明,在合适晶化率的p层上沉积ITO薄膜有利于优化p/ITO界面的接触特性,将其应用于n-i-p型a-Si太阳电池,能够显著改善电池的开路电压(Voc)和填充因子(FF),最终,在不锈钢(SS)衬底上获得了转换效率为6.57%的单结a-Si太阳电池。     

多晶黑硅表面微结构对电池效率的影响

采用Ag离子辅助化学刻蚀法制备了多晶黑硅薄片,使用NaOH溶液处理多晶黑硅表面,增大其表面纳米孔直径,使SiNx薄膜能够均匀覆盖整个黑硅表面,提高黑硅的钝化效果,进而提高多晶黑硅电池光电转化效率.通过反射谱仪、扫描电子显微镜(SEM)、太阳电池测试系统等测试和表征不同扩孔时间对多晶黑硅各方面性能的影响.结果表明:未被NaOH扩孔处理的多晶黑硅的反射率最低,为5.03％,多晶黑硅太阳电池的光电转化效率为16.51％.当多晶黑硅被NaOH腐蚀40 s时,反射率为10.01％,电池的效率为18.00％,比普通多晶硅太阳电池的效率高2.19％,比未被扩孔处理的多晶黑硅太阳电池的效率高1.49％.     

反应溅射a-GeNx:H薄膜的喇曼和电子自旋共振谱

<正> 为了进一步提高非晶硅太阳电池的光-电转换效率,必须对太阳的全光谱进行有效的吸收,因而就必须获得光学带隙(Eopt)可调制的非晶薄膜材料,即要制备出Eopt比a-Si:H(1.8eV)大的和小的(称窄带隙材料)薄膜材料,以使它有效地吸收太阳光谱中的短波和长波部分;亦即需要将“单层”太阳电池(pin-a-Si:H)改进为“多层”或称为“叠层”太阳电池。在这一方面已有a一Si:H/a-SiGe:H叠层电池,共效率η>13％。我们将N和H掺入a-Ge中,可获得窄带隙a-GeNx:H光电薄膜材料,试图改进非晶硅太阳电池的效率。     

卷对卷制备柔性硅基薄膜电池集成串联组件的研究

卷对卷制备出聚酰亚胺(PI)衬底柔性 硅(Si)基薄膜太阳电池集成串联组件。对卷对卷制备柔性Si基薄膜电池集成串联的优势 进行了分析,讨论了制约柔性薄膜电 池集成串联组件的主要因素;设计了两种柔性薄膜电池集成串联组件结构;进行了柔性 薄膜电池集成串联组件研制,并进行了对比分析。采用卷对卷工艺制备了非晶硅(a-Si)电 池,采用 卷对卷激光刻划、卷对卷丝网印刷与卷对卷精密点胶实现集成串联,形成柔性薄膜电池集成 串联组件,柔性a-Si单结集成串联组件全面积转换效率达到5.96％(AM1.5,全面积为117.3 cm²)。     

非晶硅薄膜光伏电池结构参数分析

考虑到nip型[ITO/a-Si(n)/a-Si(i)/a-Si(p)/Al]非晶硅光伏电池的各膜层厚度、掺杂浓度等因素,对非晶硅光伏电池的转换效率、填充因子、开路电压等性能参数进行了数值分析与讨论。结果表明,随p型层厚度的增加,光伏电池的短路电流密度、转换效率、开路电压值都有所增加。当本征层的厚度增加时,短波段内的光谱响应变差、内量子效率下降。当n型层厚度为5 nm,本征层厚度为5 nm,p型层厚度为10μm,受主掺杂浓度为2.5×1019cm-3,施主掺杂浓度为1.5×1016cm-3时,转换效率可达9.728%。     

不同工作温度下a-Si(n)/c-Si(p)/uc-Si(p )异质结太阳能电池微晶硅背场的模拟计算与优化

采用Afors-het太阳能电池异质结模拟软件,模拟了在不同工作温度下微晶硅背场对a-Si(n)/c-Si(p)异质结太阳能电池性能的影响。结果表明,随着背场带隙的增加,开路电压和转化效率都增大。随着背场掺杂浓度的增加,开路电压、填充因子和转化效率都在不断地增加;随着背场厚度的增加,电池性能有所下降。随着电池工作温度的上升,微晶硅背场所对应的最佳浓度掺杂值和最佳厚度值变化不大。但是随着温度的上升,微晶硅背场所对应的最佳带隙值有明显的右移趋势。实验结果为电池的商业化生产提供了实验参数。     

纳秒脉冲激光处理后硅电池光电转换效率研究

为了研究纳秒激光于硅晶片改性的可能性,对飞秒及皮秒激光在SF6气体中与硅表面作用形成锥形微观结构及其作用过程进行了分析。通过在SF6气体氛围中采用6ns激光脉冲辐照硅片表面的方法,以获得硅片表面峰状结构,并对此种作用下微观结构形成过程及结果进行了分析。将激光处理后的硅片与未经激光处理的硅片同时放入到硅电池片生产线的适当工序中制成硅电池片,通过对比测试两种硅电池的光电转换效率,从硅表面状况等因素对实验结果进行了初步分析。结果表明,激光处理后的硅片制成硅电池片的光电转换效率与未经激光处理的相比有一定程度的提高,可达15%～25%。     

黑硅光电探测材料与器件研究进展

黑硅作为一种新型光电材料,在光伏太阳能电池、光电探测器、CMOS图像传感器等领域被广泛研究,其中黑硅的光电探测技术备受关注,近些年来也取得了重要的研究进展。本文首先简单介绍了黑硅材料的结构,然后讨论了基于飞秒激光刻蚀法、湿法腐蚀、反应离子刻蚀法等方法制备的黑硅材料的性质。其次概述了基于以上方法制备的不同黑硅光电探测器的结构及性能,并讨论了黑硅器件在不同领域的应用。最后对黑硅光电探测技术进行了分析与展望,探讨了黑硅材料及器件未来的发展方向。     

刻蚀设备在太阳能晶硅电池刻蚀工艺中的应用

介绍了激光划线设备在太阳能电池中的应用。与传统等离子体刻蚀设备对比,从设备结构,工艺原理,试验测试等方面做了深入的分析,并从理论角度分析得出激光刻蚀具备效率损失小,能够提高电池片的转换效率的优点,同时用实验验证了激光划片设备具有优异的刻蚀效果,对提升电池片效率的贡献。     

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。     

铝背场对单晶硅太阳电池输出特性的影响

利用PCID软件模拟了n~+/p-p~+结构的单晶硅太阳电池铝背场与硅片厚度对其输出特性的影响.结果表明,有铝背场时太阳电池获得明显的开路电压、短路电流以及光电转换效率的增益;硅片厚度越小,铝背场对其输出特性的影响越大;在有铝背场情况下,硅片厚度为120μm时,可获得最大的光电转换效率.

Abstract：

The PC1D was usecl to simulate the influence of Al-BSF and wafer thickness on electrical properties of n~+/p-p~+ structural monocrystalline silicon solar cells. It is found that solar cells with the Al-BSF structure can gain obvious open circuit voltage, short-circuit current, as well as photoelectric conversion efficiency; the smaller the wafer thickness is, the bigger of the effect of Al BSF works on the electrical properties; when the wafer thickness is 120 m, the solar cells can get the biggest photoelectric conversion efficiency.