PERC型晶体硅太阳电池的光致衰减及其钝化技术研究-谢猛-浙江大学.pdf

分类号 ＴＭ９１ ４． ４单位代码 ＿ １０３３５ ＿ 密 级  学号 ２１ ５２６０４０ 硕士学位论文 ． Ｓ 中文论文题目 ＰＥＲＣ 型晶体硅太阳电池的光致衰蓋 及其钝化拮衆研究  英文论文 题目 ， Ｓｔｕｄｙｏｎｌ ｉｇｈｔｉ ｎｄｕｃｅｄｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎａｎｄ ｒｅｌａｔｅｄｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎｏｆＰＥＲＣｃｒｙｓｔａｌ ｌ ｉｎｅ ｓｉ ｌ ｉｃｏｎｓｏｌａｒｃｅｌ ｌｓ  申请人姓名  ＾１  指导教师  杨德 仁教授  合作导师  余学功教授  专业名称材料科学与工程 研究方向  晶体硅太阳能电池 所在学院 材料科学与工程学院 论文提交日期二〇－一八年一月二十五日 Ｓ ＰＥＲＣ型晶 体 硅太阳电池的光致衰减 及其純化技  太 研免   论文作 者 签名 确令  指导教师签名＿ ｆ ） ｌｙ＾＼ ＇ ‘ ＿ 论 文 评阅人 １ 崔饳 教桴 淅 汀 理丁士举  评阅人 ２   匿 名 评 阅人  评阅人３   匿名评阅人 评阅人 ４  评阅人５  答 辩委 员会主席 蒋 建中 教 桴 浙 江 学  委员 １ 刘永锋 教授 浙 江大学 委 员 ２  呈讲明 教桴 浙江太学  委员 ３  潘 新 花 副 教授 浙 江太学  委员 ４ 刘小 强 副教授 淅 江大 学  答辩 日期 二〇 Ａ 车六月 八 日 Ｓｔｕｄｙｏｎｌ ｉｇｈｔｉｎｄｕｃｅｄｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎａｎｄｒｅｌａｔｅｄ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎｏｆＰＥＲＣｃｒｙｓｔａｌ ｌ ｉｎｅｓｉ ｌ ｉｃｏｎｓｏｌａｒｃｅｌ ｌｓ  Ａｕｔｈｏｒ’ｓｓｉｇｎａｔｕｒｅ乂 ’ 丨已  Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒ’ｓｓｉｇｎａｔｕｒｅ ＥｘｔｅｒｎａｌＲｅｖｉｅｗｅｒｓ  ｐｒｏｆ ．Ｃａｎ Ｃ ｍ Ｚｈｅｉｉａ ｎｇ Ｓｃｉ－ＴｅｃｈＵ ｎｉｖｅｒｓｉ ｔ ｙ  ＡｎｏｎｙｍｏｕｓＲｅｖｉｗｅｒ   ＡｎｏｎｙｍｏｕｓＲｅｖｉｗｅｒ ＥｘａｍｉｎｉｎｇＣｏｍｍｉｔｅｅＣｈａｉｒｐｅｒｓｏｎ 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电池具有非常重要的意义。 本文通过大电流注入的方法来探究 ＰＥＲＣ 电池光致衰减的抑制途径。 实验发 现， 对于单晶 ＰＥＲＣ 电池， 大电流注入的方法能使得电池迅速实现第三态回复的 过程， 处理后的样品具有明显的抗光致衰减性能； 同时我们发现 批量大电 流 处理 也能使得处理的电池具有较小的光致衰减。 同时我们发 现大电流 注 入对于多晶 ＰＥＲＣ的ＬｅＴＩＤ（ ＬｉｇｈｔａｎｄＥｌｅｖａｔｅｄＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＩｎｄ ｕｃｅｄ Ｄｅｇｒａｄ ａ ｔｉｏ ｎ ） 具有很好 的抑制效果， 同时热退火处理也能提高电池的抗光致衰减性能， 而遐火和 大电流 处理叠加， 电池的抗光致衰减性能更加突出 。 ＡＬＤ － Ａ１２０３ 对晶体硅的钝化作用会在光照条件下而增 强， 光照后， 这种增强 效应在避光条件下又会慢慢消失； 而增强过程和回复过程都是热激活过程， 其激 活能大约分别为 ０．３２ｅＶ和 ０．５９ｅＶ。 我们通过Ｃ－Ｖ 曲线表征发现Ａｌ２〇３在光照 钝化效果增强的原因是光照过程中 Ａ１２０３ 界 面负电荷增加而导致场致钝化增强。 通过深能级瞬态谱 （ＤＬＴＳ ） 的瞬态电容法， 我们发现氢钝 化后 能显著降低 Ａｌ２０３／ｐ －Ｓ ｉ 表面态的态密度 ， 同时氢钝化也能显著降低表面态对空穴的捕获截面， 但是氢钝化不能改变表面态的 “ｌｏｃａｌ ｉｚｅｄ” 和 “ｂａｎｄ－ｌｉｋｅ ” 的性质 。 同 时实验观察 到 Ｃｕ 沾污能显著增加表面态的态密度， 也使得空穴的捕获截面增加超过两个数 量级 ， 而且 Ｃｕ沾污能削弱氢对表面态的钝化效果。 关鍵词 ＰＥＲＣ 电池， 光致衰减， 第三态回复， 表面钝化， 氧化钼， 氢钝化 Ｉ  Ａｂｓｔｒａｃｔ  Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｃｅｎｃｙ  ａｎｄｌｏｗｃｏｓｔａｒｅｔｈｅｔｗｏｍａｉｎｔａｒｇｅｔｓｆｏｒｔｈｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｓｉｌｉｃｏｎ ｓｏｌａｒｃｅｌ ｌｓ．Ｐａｓｓｉｖａｔｅｄｅｍｉｔｔｅｒａｎｄｒｅａｒｃｏｎｔａｃｔｓｏｌａｒｃｅｌｌ（ＰＥＲＣ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ，ｗｅｌ ｌ 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ｒａｄｉｕｓｏｆｈｙｄｒｏｇｅｎ．Ｉｔｉｓａｌｓｏｆｏｕｎｄｔｈａｔｈｙｄｒｏｇｅｎｉｓｎｏｔａｂｌｅｔｏｃｈａｎｇｅｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆｄｅｆｅｃｔｅｎｅｒｇｙ  ｌｅ ｖｅｌ ｓ，ｆｏｒｗ ｈｉｃｈｉｔ ｉｓｓｔｉｌｌｄｉｓｃｒｅｔｅｅｎｅｒｇｙ  ｌｅｖｅｌｓｉｎｃｌｅａｎｓｉｌｉｃｏｎｓｕｒｆａｃｅ ａｎｄｂａｎｄ－ｌｉｋｅｅｎｅｒｇｙ  ｒｅｇｉｏｎｉｎｃｏｐｐｅｒｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄｓｉｌｉｃｏｎｓｕｒｆａｃｅａｆｔｅｒｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ ｔｉａｔｉｓｃｏ ｎｓｉｓ ｔｅ ｎ ｔ ｗｉｔ ｈｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｉｌｉｃｏｎｓｘｉｒｆａｅｅｂｅｆｏｒｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎａｓｒｅｐｏｒｔｅｄ ｉｎｌｉｔｅｒａｔ ｕｒｅｓ ． Ｆｕｒｔｈｅｒ ｍｏｒｅ， ｔｈｅｄｅｆｅｃｔｄｅ ｎｓ ｉｔｉｅｓａ ｎ ｄｃａｐｔｕｒｅｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏ ｎｓａｒｅｃａ ｌｃ ｕ ｌａｔｅｄ ｂｅｆｏｒｅａ ｎ ｄａｆｔｅｒｈｙｄｒｏｇｅ ｎａ ｔｉｏ ｎｆｏｒｂｏ ｔｈｓａ ｍｐｌｅｓｗ ｉｔｈｃｌｅａ ｎａｎ ｄｃｏｐｐｅｒｃｏ ｎ ｔａ ｍ ｉ ｎａｔｅ ｄ ｓｉｌｉｃｏｎｓｕｒｆａｃｅｓ． Ｋｅｙ ｗ ｏｒｄｓＰＥＲＣｓｏｌａｒｃｅｌｌｓ ， ｌｉｇｈｔｉｎｄ ｕ ｃｅｄｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ， ｓｕｒｆａｃｅｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ， ＡＩ２Ｏ３ ， ｈｙｇｒｏｇｅｎｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ＩＶ １５ 目录 Ｍ ｌ Ｉ Ａｂｓｔｒａｃｔ ＨＩ 第一章 绪论ｉ ｉ ． ｉ 研究背景与意义 １ １ ． ２ 研究的 目 的与内容 ２ １ ． ３ 论文结构与提纲 ３ 第二章 文献综述 ５ ２ ． １ 前言５ ２ ．２ 太阳能 电池的工作原理几种晶体硅太阳能电池的介绍５ ２．２． １ｐ＊ｎ结 ５ ２．２ ． ２ 晶体硅太阳能电池的制备 ９ ２．２．２ ． １铝背场 （Ａ１ －ＢＳＦ） 电池 ９ ２＿２．２ ． ２ 背表 面钝 化点接触 （ＰＥＲＣ） 电池  １ １ ２． ３ 晶体硅太阳能电池的光致衰减 １２ ２．３． １ 硼氧复合体引起的光致衰减 （ＢＯ－ＬＩＤ） １ ２ ２ ． ３． １ ． １  １ ３ ２．３ ． １ ． ２ 缺陷的化学组成 １ ５ ２．３ ． １ ．３ 缺陷的电学行为 １ ６ ２．３． １ ． ４ 缺陷的动力学行为  １ ７ ２．３． ２ 金属铜引起的光致衰减 （Ｃｕ－ＬＩＤ ） １ ９ ２．３ ．２． １ 金属铜弓丨 起光致衰减的发现 １ ９ ２ ． ３ ．２．２ 金属铜引起光致衰 减的机理 ２０ ２．３ ．２． ３ 金属铜引起光致衰减的影响因素 ２ １ ２．３ ＿ ２．４ 金属铜引起光致衰 减的抑制 ２３ ２．３ ． ３ＰＥＲＣ 电池的光致衰减 ２４ ２ ．３ ．３． １ 单晶 ＰＥＲＣ 的光致衰减 ２４ ２＿３ ．３．２ 多晶 ＰＥＲＣ 的光致衰减 ２７ ２．４ 光致衰减的抑制 ３０ Ｖ  浙 江大 学硕士学位论文  ２．４． １ 硅材 料 层面抑制光致衰减３０ ２．４． １ ． １ 减少硅 材 料中的硼和氧来抑制光致衰 减 ３０ ２ ．４． １ ． ２ 共掺抑制光致 衰减 ３１ ２．４．２ 硼氧复合体的第三态回复 ３２ ２．４．２． １ 第三态的发现和定义３２ ２ ． ４．２．２影响第 三态转变的因素 ３４ ２Ａ２．３ 第三态回复的机理 ３５ ２．４． ３ＰＥＲＣ 电池光衰减的抑制 ３７ ２．４．３ ． １ 单晶 ＰＥＲＣ 光致衰减的抑制 ３７ ２． ４．３ ．２ 多晶 ＰＥＲＣ 的光致衰减 ３８ ２ ．５ 硅的表面态和表面钝化 ４０ ２． ５． １ 表面态和表 面复合 ４０ ２． ５．２ 晶体 硅表面钝化原理 ４ １ ２．５ ．３ 晶体硅表面钝化技术 ４２ ２． ５． ３． １ 二氧化 硅钝化 ４２ ２． ５． ３．２ 氮 化硅钝化 ４４ ２．５Ｊ．３ 氧化铝钝化 ４５ ２ ． ６ 目前存在的问题 ４６ 第三章 实验样品和研究方法 ４７ ３ ． １ 实 验样 品制备 ４７ ３丄１ＰＥＲＣ 电池 的光致衰减 研 究 ４７ ３ ． １ ． １ ． １ 单晶 ＰＥＲＣ ４７ ３ ． １ ． １ ．２多晶ＰＥＲＣ ４７ ３． １ ．２ 光照 下 氧化铝钝化效果研究４８ ３． １ ．３ 氢钝化 界面态研究 ４８ ３ ． ２ 实 验设 备 ４８ ３．２ ． １ 瞬态微波光电导寿命测 试仪 （ Ｍ ＷＰＣＤ）  ４８ ３ ．２．２ 准稳态微波光电导 （ＱＳＳＰＣ） ５０ ３．２．３ 深能级瞬态谱仪 （ＤＬＴＳ） ５１ 第四章 ＰＥＲＣ 电池光致衰减的探究 ５５ ４ ． １ 引言５５ ＶＩ  Ｉ＊  ４．２ 实验 ５６ ４．２． １单晶ＰＥＲＣ ５６ ４．２．２多晶ＰＥＲＣ ５７ ４．３ 实验结果和讨论 ５７ ４＿３ ＿ １单晶ＰＥＲＣ ５７ ４ ．３ ． １ ． １ 少子寿命探究光致衰减和第三态回复５７ ４ ． ３ ． １ ．２ 小电流条件 下的衰 减和第 三态回复 ５８ ４．３ ． １ ．３ 大电 流处理 ５９ ４．３ ． １ ．４ 大电流大批量处理 ６０ ４．３ ．２ 多晶 ＰＥＲＣ 的光致衰减 ６１ ４．４ 实验小结 ６４ 第五章 氧化铝钝化的光致增强效应６５ ５． １ 前言６５ ５．２ 实验 ６６ ５．３ 实验结 果与讨 论 ６６ ５ ．３． １ 氧化铝钝化效果在光照 下 的增强效应６６ ５ ．３．２ 氧化铝钝化效果 光致增强效应的原因探究 ６８ ５． ３．３ＲＴＰ对氧化铝钝化光致增强效应的影响 ７１ ５ ．４ 实 验小结 ７２ 第六章 氢对Ａｂ〇３／ｐ－Ｓｉ 界面态的钝化效果研究７３ ６． １ｔｉ ｔ ７３ ６．２ 实 验 ７４ ６．３ 实验结果和讨论７４ ６．３ ． １ 机理介绍 ７４ ６．３ ． ２ 界面态电荷的计算 ７５ ６．３ ．３ 氢对界面态的钝化 ７６ ６．３ ．４ 界面态能级分布和空穴捕获截面 ７９ ６ ． ４ 实 验 小结８１ 第七章 结论 ８３ ７ ． １ 实 验结论 ８３ ７．２ 本文创新性 ８４ ｖｎ  浙 江大 学硕士学位论文  ＃＃捕 ８５ 致 谢 ９９ 作者简介 １ ０１ 攻读学位期间发表的学术论文１ ０３ ｖｍ  第一章 绪论  第一聿 绪论 １．１ 研究背景与意 义 能源是人类生存和发展的基础之一， 随着人类经济和社会的发展， 人类对能 源的依赖 程 度也越来越高。 然而在当今的能源结构中 ， 人类所利用的主要能源是 石油 、 煤炭、 天然气这些化石能 源。 但是， 长期依赖这些化石能 源， 会造成大气 和其他类型环境污染与生态破坏等问题； 同时这些传统的化石能源也将面临日益 枯竭的问题。 这都问题将对人类的可持续发展带来严峻的挑战， 也因此引起国际 各个国家的高度重视。 因此， 不论是从经济社会走可持续发展之路角 度， 还是从 国家的战略布局的角度， 发展可再生清洁能源均来替代传统的化石能源都将具有 重大战略意义。 从长远来看， 大力发展可再生能源可以逐步改善以煤炭为主的能 源结构， 促进常规能 源资源更加合理有效地利用 ， 缓 解与能 源相关的 环境污染问 题。 开发利用以太阳能、 风能为代表的可再生能源， 并建立必要的技术贮备， 可 以减少我国对国外矿物能源的依赖， 增强国家抗御能源安全风险的能力 。 随着太 阳能等新型可再生能源的大规模开发利用 ， 我国乃至世界的能源结构必然会有巨 大的调整， 可以预见将来太阳能将会得到空前发展， 人类文明也会更上一个台阶 １ 常见的可能生能源包括太阳能 、 风能、 水能、 生物质能 、 地热能等， 其中 光伏发电技术是最重要的可再生清洁能源之一 。 太阳能光伏发电在不远的将来 会占据世界能源消费的重要席位， 不但要替代部分常 规能源 ， 而且将成为世界 能源供应的主体 。 预计到２０３０年， 可再生能源在总能源结构中将占到３０％以上， 而太阳能光伏发电在世界总电力供应 中的占 比也将达到１０％以上； 到２０４０年， 可 再生能源将占总能耗的５０％以上， 太阳能光伏发电将占总电力的２０％以上； 到２ １ 世纪末， 可再生能源在能源结构中将占到８０％以上， 太阳能发电将占到６０％以上 ［ １ ］ 〇 这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景 及 其在能源领域重要的战 略地 位 。 目前市场上成功商业化的太阳能电池主要有 晶 体硅太 阳能电池 、 砷化镙太 阳能电池、 碲化镉太阳能电池、 薄膜非晶硅太阳能电池、 铜铟硒太阳能电池。 而 晶体硅太阳能因为其相对较低的成本， 比较高的效率和较好的德定性等优势 ， 占 据着太阳能光伏市场 ８０％的市场份额， 而这 一份额会在较长的一段时间内继续保 持。 所以晶体硅太阳能电池一直是学术 界和产业界都的研究热点 。 提高效率和降 低成本一直是晶体硅太阳能电池发展的两大趋势。 在降低成本方面 从上游的多 １  浙 江大学硕士学位论文  晶硅原料角度， 改良西门子工艺 （ 三氯氢硅还原 ） 和高度提纯的物理冶金工艺都 能有效减少生产能耗和排污， 从而显著的降低成本； 从中游晶体生长和加工的角 度 ， ＵＭＧ 硅料 （ＵｐｇｒａｄｅｄＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ Ｇｒａｄｅ ） 的应用 ［２４］ ， 低杂质共掺杂晶体生 长技术， 类单晶技术都大大降低了 晶体硅的生产成本［ ５］ ； 而从硅片加工的角度， 双向金刚线切割 的技术的应用使 得切割晶体损失最小， 切割损伤也更小 ［６］ ， 从而 有效的降低了成本。 在提高效率方面 各种电池制作工艺的改进以及各种新型的 结构电池的研发， 使得晶体硅电池以及组件的效率得到屡屡刷新， 比如钝化发射 极背 面点接触 ＰＥＲＣ（ＰＥＲＴ ，ＰＥＲＬ） 太阳能电池 （ＰａｓｓｉｖａｔｅｄＥｍｉｔｔｅｒａｎｄＲｅａｒ Ｃｏｎｔａｃｔ ）技术［７－９］ ， 晶体桂／非晶娃异质结 ＨＩＴ太阳能电池ＨＩＴ（Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎｗｉｔｈ Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｔｈｉｎｌａｙｅｒ ） 技 术 ［１ Ｇ，Ｕ］ ， 全背电极接 触 ＩＢＣ太阳能电 池 （ ＩｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄＢａｃｋ Ｃｏｎｔａｃｔ ） 技术［ １２，１ ３］ ， 金属缠绕背接触ＭＷＴ 太阳能电池 （ＭｅｔａｌＷｒａｐＴｈｒｏｕｇｈ） 技术［１４， １ ５１等。 同时随着我国 “光伏领跑者计划” 的提出 ， 开发和发展高效电池已 经成为产业界所达成的共识。 根据ＮＰＤＳｏｌａｒｂｕｚｚ 的预测， 未来 ５ 年， 高效 ｐ 型 单晶和多晶电池将会成为市场的主导［ ］６］ ， 而 ＰＥＲＣ 电池是目前公认的 ｐ 型电池 中最成熟的 ， 最具有市场潜力的太阳能电池［ １７］ 。 早就从 ２０１２年开始， 许多太阳 能电池厂家， 包括新日光、 昱晶和旭泓等就开始是实现ＰＥＲＣ 电池的量产 ， 目前 国内各个厂家包括隆基股份、 天合股份、 阿特斯等都加大了ＰＥＲＣ 电池的研发和 生产力度。 在转换效率上， ＰＥＲＣ 也是屡屡刷新纪录， ２０１ ７ 年 １ ０ 月 ２７ 日 ， 隆基 绿能科技股份有限公司对外宣布， 其单晶 ＰＥＲＣ 电池最高转换效率达到 ２３． ２３ ％， 创下 ＰＥＲＣ 电池转换效率新的世界纪录。 ＰＥＲＣ 电池效率的提升得益 于其背面采用钝化和反射的增强 ［８，９］技术 ， 但是同 时其也存严重的光致衰减 （ＬＩＤ） 问题， 而且其衰减超过普通的铝背场太阳能电 池 （Ａ１ －ＢＳＦ ） ，单晶 ＰＥＲＣ衰减幅度在 ５－ １０％［ １９，２（）］ 。 光致衰减严重的限制了ＰＥＲＣ 电池的转换效率的提升。 所以对ＰＥＲＣ 电池表面钝化进行相关探究以及其光致衰 减机理和抑制方法进行探究对于发展更加高效的 ＰＥＲＣ 电池具有非常重要的意 义 。 本文主要对单晶和多晶 ＰＥＲＣ 的光致衰减的 机理和抑制光致衰减的方法做了 细致的探究， 也对薄膜氧化铝对硅表面的 钝化的机 理做了 系统的研究。 １ ．２ 研究的目的与内容 ＰＥＲＣ 电池背表面采用氧化 铝以及氮化硅双层钝化， 减小了 背表面的载流子 复合速率， 同时也增强了 背表面对光的反射， 从而使得太阳能电池的转换效率得 到很大的提升［７４］ 。 但是同时， ＰＥＲＣ 电池也面临着严重的光致衰减 （ ＬＩＤ） 的问 题， 目前单晶 ＰＥＲＣ 电池的 ＬＩＤ 幅度达到 ５－ １０％， 其衰减机理主要归因于在光照 ２  第 一章 绪论  过程中硼氧复合体的 形成 ， 以及其良好的背钝化 使得其有效少子寿命对体内少子 寿命的衰减更加敏感［２０＂２２］ ； 多晶 ＰＥＲＣ 在光照下除了常规的硼氧复合体相关的光 致衰减 （２－３％） ， 同时也会在较高温度 （５０－８０ ＜ ） 下存在较大幅度的光致衰减， 其衰减达到 ５－１ ０％ ， 这种新的光致衰减被称 为 ＬｅＴＩＤ（ ＬｉｇｈｔａｎｄＥｌｅｖａｔｅｄ Ｔｅ ｍｐｅｒａ ｔｕｒｅＩｎｄ ｕｃｅｄ Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ） ，但是 目前 ＬｅＴＩＤ的衰减机理还未 被探究清楚 ｔ２２ ＃。 所以对单晶和多 晶太阳能电池 ， 尤其是ＰＥＲＣ 电池的光致衰减机理和抑制 方法进行相关研究 ， 以及对氧化铝对硅钝化机理的探究已经成为学术 界 和产业界 的关注的焦点。 根据以上的讨论， 本文的研究内容可以简单概括为以下几块 １ 、 探究单晶硅的衰减机理， 以及 探究抑制单晶太阳能电池， 包括单晶 Ｐ ＥＲＣ 电池光致衰减的抑制方法 ； 探究多 晶硅 ＰＥＲＣ 电池的 ＬｅＴＩＤ 的衰减机理， 并且 探究抑制多 晶 ＰＥＲＣ 电池的光致衰减抑制方法； ２ 、 探究 了 氧化铝对ｐ －Ｓｉ 的钝化玫果在光照 下的变化情 况， 并对其钝化机理 作了相关探究； ３ 、 探究薄膜 Ａｈ〇３ 钝化硅表面的表面态能级分布 ， 以及探究金属铜沾污后 表面态的能级分布和捕获界面的变化； 并对氢钝化后的表面态能级分布和捕获界 面做了 相关研究 ； １．３ 论文结构与提纲 本论文主要研究了ＰＥＲＣ 电池的光致衰减以及氧化铝表面钝化效果在光照 下增强的效应， 还有氫钝化对表面态的能级分布 、 态密度还有空穴捕获截面的影 响。 如下是本文的具体安排 。 第一章绪论， 主要介绍了本文的研究．背景和意义， 同时也对本文内容作一个 简单介绍； 第二章文献综述， 主要介绍太能能电池的工作原理、 晶体硅太阳能电池的光 致衰减、 光致衰减的抑制 、 硅的表面态和表面純化还有目前存在的问题； 第三章实验样品和研究方法， 主要介绍了本实验的所需要样品的制备方法， 以及实验过程中几种重要实验仪器的介绍 ； 第四章ＰＥＲＣ 电池光致衰减的探究， 主要介绍大电流注入法抑制单晶 ＰＥＲＣ 和多晶 ＰＥＲＣ 的光致衰减 第五章氧化铝钝化的光致增强效应， 主要介绍氧化铝的钝化效果在光照过程 中的增强效应 ， 以及在黑暗过程中该增强的效应会消失 ， 给出 了 两个过程的激活 能， 以及对此现象做了相关的解释 ； ３  浙江大学硕士学位论文  第六章氢对表面态钝化效果研究 ， 主要研究氢钝化前后 Ａｈ〇３／ｐ－Ｓｉ 界面态的 变化， 以及铜沾污对表面态的影响和对氢钝化的影响。 第七章结论， 介绍本文的结论以及文章的创新 ４  第二章 文献综述  第二章 文献综述 【摘要】 本章主要介绍了太阳能电池的的制备和原理， 晶 体硅太阳能电池的光致 衰减和机理， 光致衰减的抑制以及硅表面钝化和表面态。 重点论述了 晶体硅太阳 能电池的光致衰减和抑制 ， 最后提出了 一些有待解决的问题。 ２． １ 前言 煤炭、 石油等化石燃料的使用会带来一系列的环境污染问题， 同时这些化石 燃料在全球的总量也是有限的， 这也使得能源危机问题变 得 日益严峻。 所以可再 生能源的开发和利用引起越来越多人的重视。 太阳能取之不尽用之不竭， 因此能 将太阳能转化为电能的太阳能电池也成为学术和产业研究的重点 ， 目 前Ｐ 型晶体硅太阳能电池占据太阳能电池的大部分市场份额， 其中采用背 表面钝化的 ＰＥＲＣ 电池的转换效率突破２３％， 并且还有望得到进一步提升 ，ＰＥＲＣ 已成为光伏行业一致看好的一种太阳能技术 ， 也有望成为行业的主流， 因此受到 广泛的关注和研究。 然而， ＰＥＲＣ 电池也存在严重的光致衰减的问题， 其光致衰 减可达到 １０％， 光致衰减严重的阻碍了ＰＥＲＣ 电池转换效率的提升。 因此对光致 衰减机理的探究以及抑制光致衰减方法的探索已经成为行业的研究热点 ； 与此同 时， 对Ａｈ〇３ 对硅表面钝化机理的研究也对进一步提升 ＰＥＲＣ 电池转换效率提升 至关重要。 本部分文献综述作如下安排 ２． ２ 节介绍了太阳能电池的工作原理以及太阳 能电池的制备 ； ２ ． ３ 节介绍了 光致衰减的机理和研究进展； ２．４ 阐述了 光致衰减的 抑制方法 和研究进展； ２．５ 介绍了 太阳能电池的表面钝化以及表 面态； ２． ６ 总结 前面的文 献 综述介绍 ， 提出 目 前尚未解决的问题以及后面的发展方向 。 ２．２ 太阳能电池的工作原理几种晶体 硅太阳能电池的介绍 ２．２．１ ｐ－ｎ结 当一块 ｐ 型半导体和一块ｎ 型半导体结合在一起， 由于它们之间存在浓度梯 度差 ， 从而使得ｐ 型半导体中的空穴从ｐ 区扩散到 ｎ 区， 电子从ｎ 区域扩散到ｐ 区。 对于 ｐ 区， 空穴扩散离开后 ， 留下多余不可以移动的受主杂质 ， 他们带负电， 因此会在 ｐ 型区域靠近结合区域一侧形成一个带负电的区域； 而 同理， 在 ｎ 型区 域中 ， 电子扩散离开后， 留下不可移动的施主杂质， 这些施主杂质带正电， 会在 ５  浙 江大 学硕士学位论文  ｎ 型区域靠 近结合 一测形成带 正电的的区域； 从而形成 了ｐ ｎ 结。 通常情况 下 ， 我们把 ｐｎ 结附近的这些电离的施主和电离的受主所带的电荷称为空间电荷， 而 他们所在的区域称为空间电荷区 。 这些空间电荷会在空间电荷区产生由 ｎ 区指向 ｐ 区的电场， 我们称为 内建电场。 在内建电场的作用下 ， 载流子会做漂移运动， 运动方向和它们的扩散运动相反， 最终载流子的漂移和载流子的扩散达到动态平 衡 ， 图 ２． １ 是 ｐ －ｎ 的简图 ［２４］ 。  １  １  １  ｊ －－ ｜ ＋＋ ， ＇ ｜  Ｉ  ｜ ｐ Ｉ－＾ 丨＋＋ 丨 ｎ ｜ － Ｊ＋＋  ＼ 结 田 ２．１ｐ－ｎ 结的空间电荷区 Ｆｉｇ．２．１Ｔｈｅｄｅｐｌｅｔｉｏｎａｒｅａｏｆ ｐ－ｎ ｊｕｎｃｔｉｏｎ 当给 ｐ－ ｎ结外加 一个直流电压 ， 其空间电荷区的少数载流子的浓度分布可表 示为 ［２５］ ， Ｐ － ＾ Ｖａ／ｌＴ （ ２ ． １ ） 以Ｄ ｎＰ  ＝ ＾ｅＶ Ｖａ ＇ｌＴ （ ２－ ２ ） 其中 ， 为本征载流子的浓度 ， 凡和 ｊｙ〇分别为受主和施主的掺杂浓度， ９ 为元电 荷电荷量 ， Ｆａ为在结上加的外加电压和内建电场的电势之差 ４ 为坡尔兹曼常数， ｒ 为 开尔文温度 。 从上述公示可知， 在空间 电荷区的少数载流子浓度随着外加电 压的增大而呈现指数的增加增大， 由分析可知， 少数载流子在准中性的区域内的 流动以扩散为主。 在 ｎ型区域内 ， 少数载流子所形成扩散电流大小为 ＝￣ ９Ｄｈ ￣ Ｔ （２－３） ａｘ 同理可 知 ｐ 型区域的少数载流子的扩散电流大小为 Ｊ ｅ ＝￣ ｑＤｅ － ｊ － （２ ．４） ａｘ 其中 ￡＾ 和以分别为空穴和电子的扩散系数， 办 ／＆ 为载流子的浓度梯度， 空间 ６  第 二章 文献综述  电荷去的电流大小等于 ｐ 型和 ｎ 型区域边缘的扩散电流之和， 那么由此可知空间 电荷去的电流大小为 ｊ＝ｊ ｈ ＋ｊｅ  ＝ （ ｑＤ