硅太阳电池材料的研究进展

硅太阳电池材料的研究进展作者： 王晓晶 ， 班群 ， 沈辉作者单位： 王晓晶 (中国科学院广州能源研究所 ,广州 ,510070;华南理工大学材料学院 ,广州 ,510640) ，班群 ,沈辉 (中国科学院广州能源研究所 ,广州 ,510070)刊名： 能源工程英文刊名： ENERGY ENGINEERING年，卷 (期 )： 2002， ““(4)被引用次数： 11次参考文献 (16条)1. 席珍强 . 陈君 . 杨德仁 太阳电池发展现状及展望 [期刊论文] -新能源 2000(12)2. 赵玉文 . 林安中 晶体硅太阳电池及材料 1999(z)3. H Morikawa. Y Nishimoto 16.0% Efficiency of large area ( 10 em × 10em) thin film polycrystallinesilicon solar cells, Solar Energy Mater 1998(53)4. 刘祖明 . 陈庭金 多晶硅太阳电池 [期刊论文] -太阳能 2000(01)5. M A Green. J Zhao Progress and outlook for highefficiency crystalline silicon solar cells 20016. 饶瑞 多晶硅薄膜材料与器件研究进展 [期刊论文] -材料导报 2000(07)7. 高桥清 . 滨川圭弘 太阳光发电 19798. 邓志杰 Si基太阳电池发展现状 2000(03)9. 耿新华 . 王宗畔 . 赵颖 硅基薄膜太阳电池的发展与未来 199910. R O Bell . M Prince . F V Wald A comparison of the behavior of solar silicon material in differentproduction processes 199611. 阙端麟 硅材料科学与技术 200012. 梁宗存 . 许颖 . 公延宁 颗粒硅带多晶硅薄膜太阳电池的研制 [期刊论文] -太阳能学报 2002(01)13. Shen Hui . Ai Bin Study on Low Cost Si Sheets for the Polycrystalline Si Thin Film Solar Cells [会议论文 ] 200114. Shen Hui . Ai Bin . Liang Zongcun Low Cost Polycrystalline Si Thin Film Solar Cells prepared by SSPand RTCVD Technology 200115. 刘刚 . 余岳辉 . 史济群 半导体器件 -电力、敏感、光子、微波器件 200016. KA杰克逊 半导体工艺 1999相似文献 (5条)1.学位论文 王金晓 硅薄膜太阳电池材料的制备研究 2009能源危机和环境污染已经成为当今世界各国经济发展面临的首要问题，因此，越来越多的国家开始转向开发利用可再生的清洁能源。太阳能作为取之不尽、用之不竭且无污染的可再生清洁能源，成为首选目标之一。目前，太阳电池正从第一代晶体硅太阳电池走向第二代薄膜太阳电池。具有低成本、高效率、长寿命且材料来源丰富、无毒等优点的第三代太阳电池已成为研究者关注的焦点。在薄膜太阳电池中，微晶硅太阳电池由于克服了光致衰退效应，并且具有工艺简单、便于大面积生产等优点，成为国际光伏市场发展的新趋势。宽范围的光谱吸收以及强的电荷传输特性使得硅纳米线成为实现第三代太阳电池的关键材料。本论文系统研究了玻璃、塑料等廉价衬底上微晶硅薄膜的低温制备及其生长机制，对 CVD系统制备硅纳米线的生长机理、结构形态和发光特性进行了比较系统地分析。论文中的主要研究内容和所得到的主要研究结果总结如下：●系统研究了电感耦合等离子体 (ICP-)CVD低温制备微晶硅薄膜过程中衬底与电感线圈间距 (dIS) 对薄膜物性的影响。基于实验结果，提出了以SiH4/H2为源气体的 ICP-CVD低温制备硅薄膜的等离子体气相输运机制。研究发现，当间距适中 (5 cm)时，低温制备的硅薄膜具有高的晶化质量；●结合 ICP-CVD的特点，发展了一种新的低温制备微晶硅薄膜的方法，即铝诱导晶化原位生长。以 SiH4和 H2混合气为源气体，铝为诱导金属，通过等离子体中 SiH5(0≤ x≤ 3)前驱物与铝层间强的非平衡热力学过程，分别在玻璃和柔性衬底上成功制备了高晶化质量的微晶硅薄膜。没有观察到铝层和硅薄膜的“层交换 (layer exchange)”现象。据此，提出了一个自洽的铝诱导晶化硅薄膜的原位生长机制；●采用自行设计的 CVD装置，在 480℃、大气压强下以 Au作为催化剂成功地制备了大量细且直的硅纳米线 (SiNWs)，其长度达几微米。纳米线的生长服从 VLS机制，具有晶化硅核和氧化层组成的核壳结构，氧化层约 3 nm。 Raman测试结果发现 SiNWs的一级振动模的特征峰较之单晶硅的特征峰有 4cm-1的红移，证实了 SiNWs的量子限制效应。2.期刊论文 太阳电池材料 - 金属功能材料 2000,7(1)现在的太阳电池材料主要有硅系和化合物半导体系两大类 , 而硅系又可分为单晶硅和多晶硅结晶系以及非晶硅 . 化合物系太阳能电池有Ⅲ -Ⅴ族镓 -砷(GaAs)系、Ⅱ -Ⅵ族镉 -碲 (CdTe)系、铜 -铟 -硒 (CuInSe)系等.3.学位论文 陈金学 晶体硅太阳电池材料的磷吸杂研究 2005近年来，利用太阳电池发电受到了人们的日益重视。晶体硅材料是太阳电池的主要材料，其性能的好坏直接影响着电池最终的转换效率。磷吸杂作为提升晶体硅材料性能的主要手段被广泛应用在太阳电池的生产工艺中。本文在对常规磷吸杂的基础上，研究了晶体硅材料的变温磷吸杂和快速磷吸杂，并在实验的基础上对晶体硅材料磷吸杂机理做了深入的研究，得到了如下主要结果：对晶体硅材料来说，恒温磷吸杂有一个最佳的吸杂温度范围，高于或低于该温度吸杂效果都不理想。这表明：磷吸杂主要是与过渡族金属的溶解、扩散和分凝有关。连续变温磷吸杂的效果要明显优于恒温吸杂，特别是在原生多晶硅中的高质量区域。通过正交优化实验，得到了优化的晶体硅材料变温吸杂工艺，多晶硅为： 900℃ /1h+750℃ /2h；对太阳电池级单晶硅为： 900℃ /1.5h+750℃ /1.5h。无论是高温 (1100℃ /0.5h) 、中温 (900℃ /1h) 还是低温 (600℃ /2h) 情况下在晶体硅体内引入铁沾污之后，都会降低材料的性能，但它们对材料性能影响的大小不同。经过恒温 900℃ /2h的吸杂处理后，材料的性能都会部分回升，但性能提升的幅度也不同。变温对金属铁吸杂的效果要优于恒温吸杂的效果，尤其是合适的变温吸杂工艺 -高温吸杂情况下快速溶解的铁沉淀刚好在此吸杂温度和随后低温吸杂温度和时间内可以被有效吸杂到预定的吸杂区域。对多晶硅材料来说， RTP恒温吸杂和分步变温吸杂效果都不明显，尤其是对高温铁沾污的晶体硅材料。这是因为 RTP吸杂处理时间太短，没有时间使硅片体内的杂质溶解并进行扩散，特别对在晶体硅体内高温引入铁沾污后形成的沉淀更难以被吸杂。这进一步证明吸杂是受动力学过程限制的。铁沉淀对材料电学性能的影响大于以间隙铁或复合体对材料的影响。恒温磷扩散对于在中、低温 (低于 900℃以下 )时铁的沾污有明显的吸杂作用，可以很好的恢复和提高材料的电学性能，特别在磷扩散吸杂后再结合进行氢钝化处理可大大的改善材料性能。而高于 900℃时引入的铁沾污由于已经开始部分生成铁沉淀，所以吸杂和氢钝化作用都不是很明显。这表明铁的磷吸杂和氢钝化与铁的不同存在形式相关。氢钝化对铁沉淀的作用不明显，但可以很好地钝化间隙铁和铁的复合体。另外，氢钝化只有在金属杂质被吸杂之后才是最为有效的。4.期刊论文 崔海昱 . 涂洁磊 . 邓菊莲 . 王志刚 . 龙维绪 . CUI Hai-yu . TU Jie-lei . DENG Ju-lian . WANG Zhi-gang. LONGWei-xu 玻璃衬底多晶硅薄膜太阳电池的制备 - 可再生能源 2008,26(5)多晶硅薄膜太阳电池兼具单晶硅的高转换效率和多晶硅体电池的长寿命的特点 , 其制备工艺比非晶硅薄膜材料的制备工艺相对简化 . 文章介绍了多晶硅薄膜太阳电池材料制备工艺和材料性能 ; 阐述了多晶硅薄膜太阳电池 Si3N4膜的沉积和玻璃制绒等关键工艺 ; 综述了玻璃衬底多晶硅薄膜太阳电池的发展现状.5.学位论文 陈君 铸造多晶硅晶界电学特性的 EBIC研究 2005八十年代中期发展起来的铸造多晶硅材料 (castingmulticrystallinesilicon ，简称 mc-Si)，是目前最广泛使用的太阳电池材料。但是与直拉单晶硅太阳电池相比， mc-Si太阳电池的转换效率要低 1.5-2％，其中高密度的结构缺陷 (晶界、位错等 )和高浓度的过渡族金属杂质沾污，是影响 mc-Si太阳电池转换效率的重要因素。了解 mc-Si材料中上述缺陷和杂质的性质，以便在生产工艺中采用合适的吸杂和钝化工艺，提高 mc-Si材料的性能。另一方面，在mc-Si材料中，金属杂质与晶界相互作用的规律，到目前为止，国际上还缺少系统的理论研究。本文利用 EBIC(Electron-beam-inducedcurrent，电子束诱生电流 )技术，并结合 EBSD(Electronback-scattereddiffraction ，电子束背反射衍射)， TEM(Transmissionelectronmicroscope，透射电镜 )， SPV(Surfacephotovoltage，表面光电压 )等技术，对 mc-Si中晶界的结构类型和电学复合特性进行了系统的研究。主要包括以下三方面内容：原生 mc-Si中晶界的结构类型和复合特性；不同金属杂质 (Fe， Cu和 Ni)沾污对各类晶界复合特性的影响； H对不同沾污程度的 mc-Si的钝化效果对比。取得如下主要创新结果：在原生 mc-Si材料中，凝固位置对 mc-Si材料的少数载流子扩散长度和晶界复合强度有着明显的影响， SPV分析显示晶锭中部的少数载流子扩散长度远远高于顶部 (最后凝固位置 )和底部 (最先凝固位置 )的，这一现象主要是由于金属杂质 Fe在晶锭不同凝固位置的浓度差异所导致的。 EBSD分析 mc-Si中晶界类型发现， mc-Si中 90％以上的晶界是大角度晶界。各类晶界在所占比例上存在下面的关系式Σ 3＞ R(普通晶界 )＞ SA(小角度晶界 )＞Σ 9＞Σ 27＞其他Σ晶界。我们系统地研究了原生 mc-Si中不同类型的晶界的电学复合特性， EBIC研究发现，在未引入金属杂质沾污条件下，所有类型的晶界在室温 300K下没有电学活性；在 100K下，大角度晶界的复合能力仍较弱，而小角度晶界上呈现强复合特性。小角度晶界的这种强复合特性可能是由于其特殊的晶界位错结构所导致的。本文系统地研究了金属杂质 Fe对 mc-Si中不同类型晶界复合特性的影响作用。 EBIC研究发现，各类晶界在室温复合强度上呈现明显的强弱关系： SA＞ R＞高Σ＞低Σ晶界。晶界的 EBIC衬度随着 Fe沾污程度的增强而增强。值得指出的是，与大角度晶界相比，在微弱金属杂质沾污条件下，小角度晶界在室温 300K下的复合强度就会大大增强，我们认为小角度晶界是 mc-Si中潜在的强复合中心。小角度晶界对金属杂质的极度敏感性，使其很有可能成为影响 mc-Si太阳电池性能的致命性电活性缺陷。研究还发现不同晶面指数的Σ 3对于金属杂质 Fe的吸杂能力也不相同，Σ 3{111}的吸杂能力最弱。考察其他金属杂质 (Cu和 Ni)对于 mc-Si中晶界复合特性的影响发现，在低温 300-400℃引入 Cu和 Ni沾污，都会明显提高晶界的复合强度。而在相同的温度引入Fe沾污的样品，晶界的复合强度很弱。 Cu， Ni和 Fe对晶界复合强度的影响强弱关系如下： Fe＜ Ni＜ Cu。此外，利用 EBIC技术并结合 EBSD技术，考察了 mc-Si中晶界类型和金属杂质 Fe沾污程度对晶界 H等离子体钝化效果的影响。比较 H钝化前后的晶界EBIC衬度发现，在微弱沾污的样品中，晶界在 100K下的 EBIC衬度经过 H钝化后有明显的降低。Σ晶界的 EBIC衬度降低约为 75％ -80％， SA和 R降低约为35％ -40％，说明 H钝化的效果可能同时受到晶界类型和金属杂质的影响。在严重沾污的样品中，晶界在 300和 100K下的 EBIC衬度都有所将低。晶界 EBIC衬度降低的最大幅度不超过 40％，并且降低幅度与晶界类型无关， H钝化效果主要取决于金属沾污程度。引证文献 (11条)1. 孔晓丽 . 陈显峰 . 续艳鑫 基于 DSP的光伏电池最大功率点跟踪系统 [期刊论文] -电子技术 2010(2)2. 黄瑶 . 黄洪全 电导增量法实现光伏系统的最大功率点跟踪控制 [期刊论文] -现代电子技术 2008(22)3. 郁发新 . 蒙涛 . 韩柯 . 庄蕊 . 金仲和 皮卫星太阳敏感器设计和误差分析 [期刊论文] -太阳能学报 2007(12)4. 袁勇 . 朱俊 . 万志翔 99.99%高纯硅坩埚的研制 [期刊论文] -中国陶瓷 2007(6)5. 杨海柱 . 金新民 并网光伏系统最大功率点跟踪控制的一种改进措施及其仿真和实验研究 [期刊论文] -电工电能新技术 2006(1)6. 徐慢 . 夏冬林 . 杨晟 . 赵修建 薄膜太阳能电池 [期刊论文] -材料导报 2006(9)7. 武莉莉 CdTe多晶薄膜太阳电池的背接触研究 [学位论文 ]博士 20068. 杨海柱 . 金新民 基于 DSP控制的光伏并网逆变器最大功率的跟踪问题 [期刊论文] -太阳能学报 2005(6)9. 邱继军 离子层气相反应法（ ILGAR）制备硫属半导体薄膜的研究 [学位论文 ]博士 200510. 宁豪 柔性非晶硅基薄膜太阳电池的研究 [学位论文 ]硕士 200511. 倪萌 . M K Leung. K Sumathy 太阳能电池研究的新进展 [期刊论文] -可再生能源 2004(2)本文链接： http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_nygc200204008.aspx授权使用： (changhuaqiang)，授权号： eb606db6-3708-4a93-8762-9e5b00de2111下载时间： 2010年 12月 29日