等离子体太阳电池的研究进展

 高效太阳电池是近年太阳电池产业发展的目标,等离子体太阳电池技术则是近年来研究的比较活跃的高效太阳电池技术之一。该文对等离子体太阳电池,从原理,材料到技术的最新研究进展做了比较全面的论述。等离子体太阳电池主要是利用贵金属纳米颗粒的表面等离子体效应增强太阳电池的光吸收。该技术既可以用在传统的硅电池上也可以用在薄膜电池上,尤其适用于作为薄膜电池的陷光结构,并且易于和传统的电池制造工艺相结合,有实现商业化的潜力。     

硅微纳复合陷光结构的制备及在异质结太阳电池中的应用研究

硅纳米线异质结太阳电池因具有良好的陷光效果及径向结收集特性而受到广泛关注.利用低浓度NaOH溶液在硅片表面腐蚀出微米尺度的金字塔结构,并采用反应离子刻蚀(RIE)的方式在其上进一步腐蚀出纳米线形貌,构建硅微纳复合陷光形貌结构.通过分析硅微纳复合陷光形貌结构的陷光机理,指导优化反应离子刻蚀工艺中的刻蚀时间,最终获得不同形貌结构的陷光衬底.通过分析其光学特性发现,在RIE时间为120 s时,硅微纳复合结构衬底反射率可小于5%,具有优异的陷光特性以及在硅异质结太阳电池中应用的巨大潜力.     

低效纳米孔晶体硅太阳电池性能研究

晶体硅太阳电池生产中,降低表面反射率能够提高太阳电池短路电流和转换效率.纳米孔硅的表面反射率极低,但报道中所实现的太阳电池输出参数(开路电压、短路电流、填充因子)都低于金字塔结构表面.采用对比法从光学性能、表面微结构和电极接触上对纳米孔硅和金字塔太阳电池进行比较分析,来研究纳米多孔硅太阳电池转换效率的抑制因素.研究表明短时间腐蚀的纳米孔硅太阳电池表面沉积氮化硅钝化膜后的平均反射率提高.长时间腐蚀的纳米孔硅表面沉积氮化硅后在短波段的反射率极低,因此平均反射率小于金字塔结构表面.但是由于纳米孔硅太阳电池的表面复合率高,而孔壁上附着的毛刺不仅会进一步增大表面复合,还会削弱表面钝化效果,因此短波段激发的光生载流子难以被太阳电池利用.所以,光利用和表面复合是抑制纳米孔硅太阳电池开路电压和短路电流的原因,而过大的串联电阻是纳米孔硅太阳电池短路电流和填充因子低的另一个原因.     

基于ZnO纳米棒的太阳电池表面陷光技术研究

采用溶胶-凝胶法在SiO2/Si（100）衬底进行ZnO纳米棒结构制备实验研究。所制备的纳米棒结构直径约20-200nm,长度约几个微米。通过分析影响＂陷光＂性能的结构参数,调整制备工艺条件,可获得符合太阳电池表面＂陷光＂要求的结构。     

我校自主研制的单晶硅太阳电池转换效率达19.57%

近日,我校华南先进光电子研究院先进材料研究所自主研制开发的背面钝化单晶太阳电池(SM156BSP),经过国家太阳能光伏产品质量监督检验中心的第三方检测机构测试,转换效率为19.57%.研究团队新开发的背面钝化太阳电池,采用新的氧化铝原子层沉积技术与激光技术制备表面钝化层,以降低太阳电池背表面复合速率,从而提高电池的转换效率.通过新技术的应用,背面钝化单晶太阳电池相比     

晶体硅太阳电池的氮化硅表面钝化研究

为了提高晶体硅太阳电池的光电转换效率，研究了用等离子增强化学气相沉积（PECVD）的SiNx：H作为晶体硅太阳电池的表面钝化及减反射膜对电池性能的影响，并采用不同的工艺路线制备了不同类型的电池。实验发现：同SiNx：H比较，SiNx:H/SiO2双层光学减反射结构对晶体硅太阳电池能起到更加有效的表面钝化作用，提高了太阳电池的光电转换效率。基于界面物理，提出了一种新的能带模型，解释了用不同实验方法制作的晶体硅太阳池性能的差异。     

ZnO陷光结构材料的制备及其太阳能电池性能的研究

采用一步低温水溶液法在未制绒的单晶硅材料表面制备ZnO纳米棒阵列陷光结构材料,通过调控生长温度,对纳米棒阵列参数进行调控.利用扫描电子显微镜对不同条件下制备的ZnO纳米棒阵列材料的形貌进行表征,探究生长温度对阵列参数的影响.采用X射线衍射仪、荧光分光光度计、紫外-可见-近红外光谱仪对ZnO纳米棒阵列的晶体结构及光学特性进行分析.结果表明:低温水溶液法制备的ZnO纳米棒阵列结构具有较好的晶体品质、较高的透过率及较好的陷光效果.与2种材料(未制绒的裸硅片、仅有SiN_x减反射层的硅片)的表面相比,陷光结构硅的表面反射率有较大幅度的降低.将该陷光结构材料应用于未制绒且镀有SiN_x减反射层的单晶硅太阳能电池,与裸硅表面材料的太阳能电池相比,该电池的短路电流密度及转换效率分别提高了30.19%和33.87%.该陷光结构材料具有较好的陷光效果,且易于通过调控生长条件对其陷光效果进行优化.     

一种在弱酸溶液中采用金属辅助湿法化学刻蚀黑硅的新方法

为降低黑硅材料的成本,将太阳电池级单晶硅片浸入含有氯金酸(HAuCl4)的草酸/氢氟酸(H2C2O4/HF)混合水溶液中做刻蚀.利用扫描电子显微镜(SEM)和紫外—可见—近红外分光光度计对表面形貌和反射光谱进行了表征与测量.结果表明:样品表面具有网格状陷光结构,在350~2 500nm波段平均反射率约为11.3%.     

背表面沟槽型高效背接触太阳电池的输出特性研究

利用TCAD半导体器件仿真软件对背表面沟槽型高效插指背接触(Interdigitated Back Contact,IBC)单晶硅太阳电池的输出特性和沟槽结构参数进行了优化研究.全面系统地分析了在衬底少子寿命较低的情况下,沟槽深度和沟槽数量对沟槽型IBC太阳电池光电流分布、外量子效率、短路电流密度、开路电压、填充因子及转换效率的影响.仿真结果表明:背表面沟槽结构对低衬底少子寿命的产业化IBC太阳电池的电学性能具有显著的改善作用.采用沟槽结构有利于产业化IBC太阳电池外量子效率的提升,对于短波段外量子效率的改善效果尤为显著.采用沟槽结构有利于增大发射结面积、缩短光生载流子输运路径、降低光生载流子输运过程中的复合损耗,对产业化IBC太阳电池短路电流密度有明显提高.采用沟槽结构可显著提高产业化IBC太阳电池的转换效率.对于衬底少子寿命为50μs的产业化IBC太阳电池,其转换效率为18. 56%.当沟槽数量为6且沟槽深度为100μm时,沟槽型单元IBC太阳电池的转换效率达到21. 87%,与衬底少子寿命为300μs情况下的产业化IBC太阳电池的转换效率相当.     

太阳电池中陷光材料和结构的研究

高效率太阳电池的获得是推动光伏产业得到进一步拓展的关键之一,如何充分利用太阳光,提高太阳电池的光谱吸收是提高电池效率的有效手段之一。透明导电窗口层材料作为薄膜太阳电池中的一层重要功能材料,其对太阳电池有源层的光吸收具有非常重要的作用。该研究前期围绕着如何拓宽太阳光的宽谱透过、高的绒度散射、以及长波长光的利用等方面进行了详细的研究,部分研究成果如下:(1)采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法对W掺杂ZnO材料进行了理论分析,并采用磁控溅射技术进行了WZO薄膜的实验研究,理论与实验结果表明,W能够在ZnO中起到施主作用,获得n型半导体特性,同时能带简并效应使其光学带隙展宽;(2)研究了低成本超生喷雾技术制备ZnO工艺中In掺杂量对IZO薄膜特性影响的研究:In的掺入能有效提高ZnO薄膜的载流子迁移率,从而降低薄膜的电阻率,同时In的掺入具有抑制(002)晶面生长,促进(101)晶面生长的作用,使其具有良好的陷光效果;(3)通过优化ZnO缓冲层(buffer layer),有效地改善了LPCVD-ZnO:B的光电特性。结果表明:"富氧"的缓冲层有效地增加了ZnO:B-TCO的近红外区域透过率,使其更适应宽光谱薄膜太阳电池的发展要求;(4)提出了一类基于磁控溅射及LPCVD技术的具有复合陷光结构的ZnO前电极材料,并在叠层薄膜太阳电池中进行初步应用;(5)基于复合陷光结构的优势,采用磁控溅射技术,通过对沉积条件的有效控制以及后湿法腐蚀工艺的优化,获得了大坑、小坑兼有的高绒度的ZnO透明导电薄膜,将其应用于非晶硅/非晶硅锗/微晶硅三结电池中,初始效率达到了14.06%;(6)采用化学水浴法制备了PbS量子点材料,并对反应条件对样品的影响进行了系统的研究,确定了将PbS等IV-VI族化合物半导体量子点用于上转换器的具体技术途径。     

基于数字化共轭曲面理论的数字齿面共轭求解

基于数字化共轭曲面理论和方法,根据啮合传动的规律,应用自行研制开发的共轭曲面求解软件Conjugater1．0．对直齿面和鼓形齿面的数字化共轭曲面求解分别进行了研究．可为各种齿轮的数字化啮合分析、模拟仿真以及数字加工技术提供理论和技术分析参考．     

切线曲面的斜等距曲面及其性质

斜等距曲面原理在机械加工中有着广泛的应用,因此,对斜等距曲面的性质进行研究具有实际意义,我们已经证明了锥面、柱面的斜等距曲面的一些性质,将证明切线曲面的斜等距曲面的一些性质,并分析了切线曲面上各点邻近处点的形状,由于在实际应用中,我们需要知道根据模型加工出的曲面能否达到要加工的曲面的形状要求,因此对曲面上各点形状的分析对实际应用具有指导作用。     

对Bezier曲面和B样条曲面之间过渡曲面构造问题的研究

提出了张量积Bezier曲面和B样条曲面的过渡曲面的算法,并且对于双三次张量积B样条曲面和双三次张量积Bezier曲面给出了计算实例,验证了算法的可行性。     

反演变换在计算机绘图中的应用

反演变换推导出的圆环面与斜椭圆锥面相贯线投影的参数方程，完全满足计算机绘图的要求。在计算机绘图上，应用这一参数方程编程，除了赋值不同外，对绘圆环面与斜椭圆锥面、斜椭圆柱面、圆锥面、圆柱面相贯线的投影具有通用性。     

三维Minkowski空间中的极小类时曲面

讨论三维Minkowski空间L~3={R~3:dx~2-dy~2-dz~2}中的平均曲率向量为零的类时曲面,给出了此种曲面的表示公式及实例。     

α－FeOOH在含氯离子电解质溶液中的界面模型

根据双电层由固体表面、内外Ｈｅｌｍｈｏｔｚ层组成，且表面电荷的分布由表面电离、表面配位决定的理论，本文建立了α－ＦｅＯＯＨ／ＮａＣｌ胶体悬浮液的界面模型，导出了与双电层内电荷及电势分布有关的表面电离、表面配位平衡常数的表达式。     

等值面绘制及其工程应用

根据等值面的概念，把等值线图的算法理论扩展到三维空间，提出了由空间离散分布的量值寻找其等值面的方法，并应用曲面拟合技术，实现了等值面图的计算机绘制与显示。研究结果为解决在三维结构分析中用三维图形来描述具有空间分布规律的物理量时所面临的难题，提供了新的途径。     

滚 球 曲 面 的 代 数 性

证明由两个代数曲面所确定的滚球曲面仍是代数曲面     

三角域Bezier曲面若干算法研究

从待拟合曲面的曲率变化大小出发 ,有针对性地提出新的三角域 Bezier曲面拟合算法和曲面曲率变化小的曲面拟合方法 ,进一步推导了曲面曲率变化大的曲面拟合方法 ;另外还研究了三角域 Bezier曲面对矩形域 Bezier曲面的逼近算法 ,给出了三角 Bezier曲面片表示矩形 Bezier曲面片的显式公式 ,通过图示形象化描绘了特征顶点递推过程 ,并指出了特征顶点递推公式。该算法在彩色 CRT校正透镜CAD系统中得到成功应用     

隐式与参数曲面间的混合曲面设计方法

针对管道曲面设计中如何构造过渡曲面问题,提出了一种隐式曲面与参数曲面间的混合曲面设计方法.对于给定的隐式曲面与参数曲面,存在着等距曲面族,每一对相关的曲面均产生交线,混合曲面即为一系列相关曲面交线的集合.采用该方法能更加方便有效地调整混合曲面的范围与形状,并能满足工程要求.文章还证明了混合曲面与隐式曲面及参数曲面之间为G1-连续.