电化学腐蚀法制备多孔硅与太阳能电池减反射层与其性质的分析

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1、原创性声明本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。瓣签名：毖植生日期：2竺￡!：!b本论文使用授权说明本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容。(保密的论文在解密后应遵守此规定)淞梅签名：毖植生导师签名：讯级．／‘叹、lll期：海人学颂．1：学位论文第一章绪论1．1

2、研究背景多孔硅在光伏器件上的应用早在1982年已有报道，在P+／nc．Si电池上用电化学腐蚀法制备薄多孔硅层，在500"--800nm范围内反射率从原来的37％降至8％。随后，Bilyalov[1]等人提出在太阳能电池上制备多孔硅减反射膜有可能取代表面织构化和沉积减反射膜等工艺步骤，这种方式更符合工业化要求，因此对多孔硅减反射膜进行深入的研究显得愈为重要[2，3，4，5】。Ludematm[6]等人通过在多晶硅上形成多孔硅减反射膜，而并未对其进行另外的表面织构化和沉积减反射膜，得到的太阳电池转换效率达到了14．9％，这显示了多孔硅在太阳电池技

3、术中的巨大应用潜力。迄今为止，在太阳能电池应用中对多孔硅的性质进行了大量的研究，主要集中在多孔硅减反效果，1．V特性，C-V特性，电导率，串关联电阻，电池效率等的变化与多孔硅的制作条件，厚度，孔隙率等的关系。研究表明，多孔硅的光学性能随孔隙率的增加而提高【7】。制备多孔硅有很多种方法，其中以电化学腐蚀法最为有效。但制备多孔硅作为太阳能电池减反射层，使其发挥最大光电性能的工艺条件尚未确定，鉴于多孔硅显示出的日益重要性，全面了解电化学腐蚀法制备多孔硅作为太阳能电池减反射层的性质很有必要。1．2研究目的和意义目前对于单晶硅太阳电池来说，工业上常采用

4、Ti02或MgF2，ZnS，Si3N4，等减反射膜，其生产成本较高。如何廉价可靠地制各硅基太阳能电池的减反射膜是太阳能电池产业化的关键技术之一。而多孔硅作为太阳能电池的减反射层有如下优点[8】：(1)多孔硅高的绒面织构可被用来增强光量子的捕获。传统的NaOH或者KOH溶液的只能将<100>取向的单晶硅的表面腐蚀成金字塔作为绒面，多孔硅的制备没有晶向的局限性。可以将任何取向的单晶、多晶或微晶硅的表面制备成多孔硅。多孔硅覆盖在硅上的减反射可以和其它复杂的表面绒面技术相比。海人学硕。l：学位论文太阳能电池的短路电流I筑与总的反射率R哟I有关，而转换

5、效率T1与Isc又有着密切的关系。其重要性可由下面的公式反映出来：iQE(3．)=eQE(,丑)／[1-R】(1．1)k=qJeQE(2)J(3．)d3．(1．2)。一AF-F矿,OC‘，SC驴研4fm(2)筹d五(1．3)式中iQE(九)为内量子效率，eQE(的为外量子效率，q为单位正电荷电量，FF为填充因子，V0c为开路电压，AT为电池总面积，①(”为入射光子流密度，h为普朗克常数，C为光速。从(1．1)～(1．3)式可以看出作为太阳能电池的减反射层的多孔硅的反射率越低，可以获得更高的短路电流k的增益，从而最终更多的提高转换效率Ⅲ9】。(

6、2)多孔硅同样具有良好的钝化效果，能减少表面复合，增强少数载流子的寿命，提高太阳能电池的开路电压以及转换效率。太阳能电池的开路电压V0c与少数载流子的寿命有着密切的关系：g‰掰-n睁-)n4，k=q劭(√两+厩)(1．5)例矿(焉+矗)n6，式中lo为反向饱和电流，G为扩散结(LⅡ+U中非平衡载流子的平均产生率，A为扩散结的面积，Dn为电子扩散系数，Dp为空穴扩散系数，％为电子的寿命，邱为空穴的寿命，n为相同理想因子，根据式(1．4)．---0．6)，可以看出良好的多孔硅钝化层增加了太阳能电池的少数载流子寿命，从而有利于开路FB压‰【lO】的

7、提高。(3)多孔硅太阳能电池具有良好的前景，电化学腐蚀法制备多孔硅的低成本化以及易操作易控制等特点比其它方法更引人注目，易于实现工业化生产。2I：海人学顾f：学位论文1．3多种减反射层和多孔硅减反射层的研究现状目前，可作为太阳能电池的表面减反层物质和结构有多种，例如Si02，Ti02，si3N4，SiO。Nv，Ta205以及三层减反射膜(Si02／SiO—i02／Ti02)等，都广泛应用于商业化太阳能电池。其中以下几例分别具有代表性。1994年，宋鹂，徐华强，陈奇等，用溶胶．凝胶法制备了反射率为0～3％(测量波长范围200nm--一800nm

8、)的Si02低反射涂层【11】。2007年，王贺权，巴德纯等，用磁控溅射法制备了反射率为1．3-35％(测量波长范围350nm,～800nm)的Ti02减反射薄膜[