纳米(线)结构改善硅薄膜电池性能

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yinlefeng1988
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将硅纳米线阵列应用于硅薄膜太阳电池,形成径向结纳米线阵列薄膜电池有望实现第三代太阳电池高效低成本的发展目标。因为径向结纳米线阵列电池优异的光吸收特性,减少了硅材料的消耗;同时,其径向收集作用使载流子的输运方向与太阳光入射方向相垂直,可提高载流子收集效率。  目前,虽然径向结纳米线阵列电池引起了人们很大的兴趣,但实际生长的电池效率远小于理论计算效率,尤其是自下而上金属催化剂法生长的纳米线电池。原因之一是金属催化剂通常会在纳米线表面形成金属残留,进而掺杂形成复合中心影响电池效率。另一可能原因是径向结构中一种载流子需沿纳米线轴向输运到电极。其并未缩短载流子的输运距离,因此影响电池性能的提高。本文主要研究不同浓度盐酸清除催化剂,并且提出了TCO背电极层的新电池结构,实现两种载流子的径向收集。主要工作内容包括以下几个部分:  1.发现酸浓度改善电池性能存在最优值。采用不同浓度(CHCl1%~5%)的盐酸处理纳米线电池,发现最优酸浓度(CopHCl)为1%,电池性能最优。因为痕量In残留物掺杂可调节n型非晶硅(Ec n-a-Si)和n型纳米线(Ec n-c-SiNWs)之间的导带差(△Ec),电池转换效率从2.11%增加到6.18%。  2.提出纳米线表面包裹TCO背电极的径向结太阳电池新结构,使质量低的硅纳米线旧结构电池填充因子相对提高13.4%。理论分析加入TCO低电阻层后,硅纳米线电池串联电阻从4.6×104Ω下降到2Ω,使电池填充因子从0.681提高到0.772,相对提高13.4%,并高于平面结电池的0.769。  3.实际制备新结构纳米线电池。实验发现新结构电池漏电问题严重,分析表明并联电阻过小造成漏电,使电池填充因子降低。模拟分析得出阻断漏电并联电阻临界值(500Ω)。实验用电化学钝化法成功解决漏电问题,钝化后转换效率相对提高了427.3%。
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