单晶硅太阳电池制绒研究.pdf

摘要论文题目:学科专业:学位申请人:导师:单晶硅太阳电池制绒研究理论物理王晓燕杜国平教授制绒单晶硅太阳能电池能够降低光的反射率,从而提高入射光的吸收率,提高太阳能电池的输出功率。本论文主要研究制绒单晶硅太阳能电池的最佳制绒条件,探索入射光在绒面传播的光学原理,以及对于由于制绒引起的表面态密度增大,复合速率加快,从而降低半导体材料性能等问题的解决和优化。单晶硅太阳电池的制绒主要是利用碱溶液对于硅单晶各晶面的腐蚀各向异性,使硅单晶表面形成金字塔结构。本文证明不同浓度的碱溶液对硅表面的腐蚀速度不同,增大浓度,可以使腐蚀速度大大加快,但是腐蚀速度过快不利于使硅表面各部分反应均匀,从而不利于形成均匀的金字塔绒面结构。异丙醇的加入,可以加速反应生成的气体的排出,从而有利于腐蚀反应速度的提高,并且有利于硅表面各部分反应的一致。本文证明了异丙醇对于生成均匀的金字塔绒面的促进作用。制绒单晶硅太阳电池之所以能够降低入射光的反射率,是因为金字塔绒面结构,使入射光在硅表面的传播经过两次反射,从而降低了反射率。本文通过演示不同角度的入射光在绒面结构的传播方式,证明了绒面结构对光的双反射作用。本文也证明了,金字塔的大小不影响反射率,但是金字塔绒面结构的均匀性,以及绒面结构的完全与否,决定了反射率大小。本文还从麦克斯韦方程出发,证明半导体材料的折射率为复数,从理论上证明不同波长的光线在硅表面的反射率随着波长的增大而降低。单晶硅太阳电池制绒时,会使前后两面都形成绒面结构。前表面的绒面结构能够大大降低入射光的反射率,但是增大了表面的微观粗糙度,大大增大了表面态密度。而背表面的绒面结构由于降低了到达背表面内的光子的反射率,增大了透过率,从而降低了光的有效吸收率。我们使用粱蔷;璞∧し来钝化前表面的高密度表面态。对于背表面绒面结构的平滑,我们研究比较了湿上海师范大学硕士学位论文摘要
。关键词:单晶硅太阳能电池制绒腐蚀光学钝化平滑论文类型:应用基础摘要上海师范大学硕士学位论文
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.///。,世界各国的经济规模得到高速的增长,人类的社会活动也日益频繁,这样就直接导致了能源消耗的剧增汀⑻烊黄⒚禾康然石能源资源迅速消耗,数以千万吨的废水、废气排入江河与大气中,生态环境不断恶化,导致日益严峻的全球气候变化,人类社会的可持续发展受到严重威胁。化石能源带来的环境问题,严重制约着经济和社会的可持续发展。磁/一—,近年来石油价格持续在每桶涝R陨希禾俊⑻烊黄募鄹褚苍诓欢戏涨,造成这种能源价格飞涨的原因是因为地球上的化石能源是有限的、一次性的,随着化石能源的快速消耗,其价格势必进一步升高,并最终成为全球紧缺物质。作为核电能源的和原料在地球上也是有限的,预计在年左右全部耗尽。据中国可再生能源协会光伏分会的研究预测,中国以及全球的一次性能源是非常短缺的,各种一次性能源的可使用年限如图卜荆痈猛贾锌梢钥闯鲋泄谝淮上海师范大学硕士学位论文第一章绪论图蚰茉葱枨笞纯黾扒魇蠢一一,一■
燃熏■黑澜!缀麟性能源方面的资源方面明显不如其他国家。孝匿缴缀燃第一章绪论上海师范大学硕士学位论文。瓢’! ≈—————●——●●一~、’■—■■——■●『●
猒矿得到。一般说来,石英矿首先被还原成冶金级硅——冶金级硅被提纯成为半导体级硅——半导体级硅被制成单晶硅或多晶硅锭——单晶硅或多晶硅锭被切割成单晶硅片或多晶硅片——单晶硅片或多晶硅片制成太阳电池——太阳电池封第一步,把石英岩和碳拘肌⒔固亢兔旱幕旌衔放进炉中,高温煅烧。反应方程式如下:了飞速发展,表谐隽私昀慈蛱裟艿绯夭恐鹉暝黾拥那魇啤世界光伏电池产量年增长率目前全球生产的太阳能电池中有%以上的比例为晶体硅太阳能电池,晶体硅太阳能电池包括多晶硅和单晶硅电池,晶体硅所用的硅原材料是通过还原石英装为经得起风雨的太阳电池组件。生成的冶金级硅的纯度通常为%到%。第二步,把冶金级硅提纯为半导体级硅。提纯硅的标准方法称为西门子工艺【】。工艺把冶金级硅转变为挥发性的化合物,接着用分馏的方法提纯,得到超纯硅。反应方程式为:上海师范大学硕士学位论文第一章绪论表卜—年全球太阳能电池产量及增长速度年份!!◆.甇..翌
还原成硅的反应式为:!!鬝用铜作为催化剂。第三步,把半导体级硅加工成单晶硅片。用作半导体的单晶硅不仅需要极高的纯度,而且晶体结构中基本上没有缺陷。工业上主要的方法是直拉工艺。将半导体级多晶硅熔融,同时加入所需的掺杂剂,如凸璧绯赝ǔ<尤肱稹S籽晶从熔融硅中拉出大圆柱形的单晶硅。。多晶硅片一般采用定向凝固技术来制备多晶硅锭,经切割后成为多晶硅片。第四步,把