径向p-n结在黑硅太阳能电池中的应用研究-吴飞

1896 1920 1987 2006 吴飞 1 ，林豪 1,2 ，高平 奇 2,3 ，沈文 忠 1,* 1 上海 交通大 学太阳 能研究 所, 物理与 天文系 2 中国 科学院 宁波材 料技术 与工程研 究所 3 中山 大学， 材料学 院 径向p-n 结在黑 硅太阳 能电池 中的应 用研究 （陷光作用 ）Light-trapping Effect 增加光吸收 对 提升薄膜太 阳 能电池效率 极为重要 1.1采用纳米结构提升太阳能性能 Yi Cui. Nano Lett. 91 279-282 (2009). 1.研 究背景 1.研 究背景 Nature Nanotechnology 2012, 7 (11), 743-8. 1.2 表面积的增加对钝化性能的影响 1.研 究背景 Nature Nanotechnology 2012, 7 (11), 743-8. 1.3 折中的应对措施 Nanowire P-Si N + -Si Micro-pencil (core-shell PN junction) 如何保证 陷光 特性的同 时改 善复合问 题？ 1.研 究背景 反应离子蚀 刻 （Reactive ion etching ） -- 制备成本 较高，有 氟污 染，制备 的样 品的表面 粗糙 度较高 金 属 辅助化学 蚀刻 （Metal-assisted chemical etching ） -- 制备过程 简单，成 本较 低，表面 较平 滑，较低 的金 属污染 较难控制 和调 整其纳米 结构 的形貌 ( 尤其 是锥型) 1.2 纳米阵列结构常用制备方法 1.研 究背景 1.3 研究基础 1.3.1 硅 纳 米阵列 结构(nanocone, nanopencil, nanorod) 的制备 Fig. 1 Process schematics for the formation of different morphological nanopillar arrays. 1.研 究背景 H. Lin et al. Journal of Materials Chemistry A 2013, 1 (34), 9942-9946. nanopillars nanorods nanopencils nanocones 1.3.2 硅纳米阵列结构减反特性 Fig. 5 The experimental spectra of various nanostructured arrays showing in Fig.2 (a1-a4).(a)reflectance spectra and (b) broadband-integrated absorption as a function of the incident angle of irradiation. Z( μm) X( μm) X( μm) X( μm) X( μm) a1 a2 a3 a4 (V/m) 2 Fig. 4 Two-dimensional solar-spectrum-weighted electrical field intensity contours of various nanostructures obtained by FDTD simulations. (a1-a4) Nanopillars, nanorods, inverted nanopencils, and nanocones with the pitch of 1.27 μm, base diameter (D) of 800 nm, and pillar height (H) of 2μm. 1.研 究背景 Fig. 3 Two-dimensional simulated contours of broadband-integrated reflectance of various nanostructures as a function of the base diameter and pillar height: (a) nanopillars, (b) nanorods, (c) nanopencils, and (d) nanocones. Pitch is 1.27 μm in all panels. H. Lin et al. Acs Nano 2014, 8 (4), 3752-60. 1.3.3 硅纳米 阵列结构 太阳 能电池 Structure Jsc mA/cm 2 Voc V FF % Eff. % Planar 17.73 0.51 66.46 6.17 Pillar 23.86 0.52 59.57 7.5 Pencil 28.50 0.53 57 8.68 Cone 27 0.53 56 8.2 Table 1. Electrical parameters of various nanostructure arrays solar cells. a b 1.研 究背景 Fig. 6 The preliminary study of silicon nanostructure arrays solar cell. (a)Schematic illustration of solar devices , (b) Current density-voltage (J-V) curves of various nanostructured arrays solar cells. Liang, X.; Shu, L.; Lin, H.; Sci Rep 2016, 6, 34139. 2.1 硅基微米阵列结构光学及钝化特性的研究 2. 研究 内容 2.2 内量子效率(IQE)的测量分析 850℃ pillar 2.4 结深↑ 绒面高度增加 n + p n + p 2.4 剩余载流子在纳/微绒面中的传输机理 3. 总结 1. 径向pn结可以通过调节掺杂的温度以及调控微米结构的 尺寸来实现。 2. 相比传统黑硅，径向pn结的引入，可以在保证低反射率 的同时非常有效的抑制表面复合和俄歇复合。 3. 带有径向pn结的硅微米阵列铅笔太阳能电池，相比于全 死层的硅微米阵列铅笔对比电池有高达37%的效率提升，相 比与同条件的平板对比片有34%地提升。 谢谢!