硅纳米线硅薄膜异质结太阳电池制备及性能研究-材料工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 Classified Index: TB34 U.D.C: 620 Dissertation for the Master’s Degree in Engineering PREPARATION AND PERFORMANCE STUDY OF SILICON NANOWIRES/SILICON THIN FILM HETEROJUNCITON SOLAR CELL Candidate： Wang Rongchao Supervisor： Prof. Zhang Huayu Academic Degree Applied for： Master of Engineering Speciality： Material Engineering Affiliation： Shenzhen Graduate School Date of Defence： December, 2013 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 摘 要 光伏技术被认为是能够避免全球发生能源大危机以及环境大污染的主要 途径。目前，由于硅基太阳电池涉及的昂贵制备费用使得大范围采用光伏发电 变得不可能。不过硅纳米线径向结电池由于具有优良的减反性能以及独特高效 的载流子分离机制，被认为在实现高效与低成本电池方面具有较为广阔的发展 前景。所以对硅纳米线径向结电池的研究显得十分有意义。本课题主要研究了 硅纳米线/硅薄膜异质结太阳电池的制备工艺以及性能优化。 本文首先采用金属辅助化学刻蚀法制备硅纳米线阵列，然后通过等离子增 强化学气相沉积（PECVD）技术制备本征与 p 型掺杂氢化非晶硅薄膜，形成 径向 p-i-n 异质结，最后为了有效地传递与收集载流子，需在非晶硅薄膜基础 上通过磁控溅射制备掺铝氧化锌（AZO）透明导电薄膜，以形成径向异质结电 池结构。首先为了制备共形沉积的非晶硅以及 AZO 薄膜以形成形貌良好的径 向电池结构，研究了纳米线上非晶硅薄膜以及 AZO 薄膜的沉积形貌，一方面 重点研究了硅纳米线长度及非晶硅沉积时间对纳米线上非晶硅薄膜沉积形貌 的影响规律；另一方面重点研究了 AZO 沉积时间及氢氧化钾刻蚀时间对纳米 线上 AZO 薄膜沉积形貌的影响规律，并通过紫外-可见光光度计分析讨论了硅 纳米线阵列的光学性能，确定了制备最佳径向电池结构的工艺方案。此外，为 了减小异质结界面载流子复合，在现有设备的基础之上，通过改变硅烷浓度以 及沉积气压等影响本征薄膜性能的沉积参数，制备了一系列本征氢化非晶硅薄 膜，并利用一系列表征手段对薄膜进行性能表征，找到了不同工艺参数对薄膜 性能的影响规律，确定了薄膜制备的最佳工艺方案，从而制备出适合作为电池 本征钝化层的氢化非晶硅薄膜。最后在前面研究的基础上，制备一系列电池器 件，对这些电池器件进行比较研究，结果表明：在加入本征钝化层后，经过氢 氧化钾刻蚀后得到的纳米锥电池性能有了较大的改善。 关键词：硅纳米线；金属辅助化学刻蚀法；氢氧化钾；太阳电池；钝化 I - Abstract Photovoltaic technology is considered to be the main way of solving the global energy crisis and environmental pollution. Currently, expensive costs of the preparation of silicon-based solar cells make large-scale use of photovoltaic power generation become impossible. But nanowire radial junction cells have excellent anti-reflection performance and highly efficient carrier separating mechanism, so they are considered to have much broad developing prospects for achieving low-cost and efficient batteries. Therefore, a research of silicon nanowire radial junction cells has been very meaningful. This paper mainly studies preparation process and pe