ZnTe/ZnTe:Cu复合背接触层对CdTe太阳电池器件性能的影响

将真空共蒸发技术沉积的ZnTe/ZnTe:Cu复合薄膜应用于CdS/CdTe太阳电池, 作为碲化镉与金属背电极间的过渡层. 比较了有无ZnTe复合背接触层的两种CdTe电池的光、暗电流-电压(I-V)曲线和电容-电压(C-V)特性, 并研究了本征ZnTe薄膜厚度和背接触层的退火温度对电池性能的影响. 结果表明, 有复合背接触层的CdTe光伏器件, 能够消除暗I-V曲线饱和与光、暗I-V曲线交叉现象, 且填充因子在没有高阻透明薄膜的情况下达到了73%. 结合CdTe电池的能带图讨论了其中的原因.     

CdTe太阳电池组件的关键技术研究

采用化学水浴法沉积CdTe太阳电池的n型窗口层CdS多晶薄膜, 用近空间升华法制备吸收层CdTe薄膜. 为了获得优质的背接触, 对退火后的CdTe薄膜用湿化学法腐蚀一富Te层, 然后沉积背接触层. 结果表明：具有ZnTe/ZnTe: Cu 复合层的太阳电池性能优于其他背接触结构的电池. 最后, 采用激光刻蚀和机械刻蚀相结合, 制备了glass/SnO₂:F/CdS/CdTe/ZnTe/ZnTe:Cu/Ni太阳电池小组件, 其中一个CdTe太阳电池小组件的效率达到了7.03% (开路电压V_oc = 718.1 mV, 短路电流I_sc = 98.49 mA, 填充因子53.68%, 面积54 cm²) (由中国科学院太阳光伏发电系统和风力发电系统质量检测中心测量).     

自形成点接触PERC太阳电池

传统钝化发射极背接触(PERC)太阳电池采用原子层沉积(ALD)法在电池背面形成全覆盖氧化铝(Al_2O_3)钝化层,但由于Al_2O_3的介电特性,需在后续工艺中通过激光开槽去除部分钝化层,形成部分金属化部分钝化层的背表面结构,本文采用旋涂法制备Al_2O_3薄膜作为PERC太阳电池的背表面钝化层,实现了自形成点接触的背表面结构,即金字塔表面和底部具有钝化层覆盖,金字塔顶部没有钝化层覆盖,从而无需使用激光开槽工艺即可完成PERC电池的局部钝化和金属化.进一步发现,这种天然形成的点接触具有优良的电学接触特性,在同样的工艺条件下,获得了比全背金属接触电池略高的填充因子(FF),不同于常规PERC电池FF低于全背金属接触电池的情况.此外还发现自形成点接触Al_2O_3钝化层兼具有背反射层的功能,通过对SiN_x/Si/Al_2O_3/Al结构反射率的测试,直接证明了背钝化层可以增强长波区太阳光的内反射.电池的开路电压(V_(oc)),短路电流密度(J_(sc))均有提升,转换效率(η)提高约1%.     

外延晶体硅薄膜太阳电池的器件模拟及性能优化的研究

由于晶体硅薄膜太阳电池兼有晶体硅太阳电池高效、性能稳定和薄膜电池低成本的优点,是最有可能取代现有晶体硅太阳电池技术的下一代薄膜电池技术.本文利用PC1D软件对外延晶体硅薄膜太阳电池进行了器件模拟.为了使模拟更接近真实的情况,我们采用了更符合实际情况的器件结构和参数设置.在此基础上,全面系统地研究了背表面场（back surface field,BSF）层、基区和发射区参数、晶体硅活性层电学质量、电池表面钝化情况、电池内部复合情况和pn结漏电情况等对外延晶体硅薄膜太阳电池光电性能的影响.在影响外延晶体硅薄膜太阳电池效率的众多因素中,辨认出对电池效率影响幅度最大的3个参数依次是基区少子扩散长度、二极管暗饱和电流和正表面复合速度.通过模拟还发现,基区不是越厚越好,基区厚度的选择必须要考虑基区少子扩散长度的值.当基区少子扩散长度较小时,基区的最佳厚度应小于或等于基区少子扩散长度;当基区少子扩散长度较大时,基区少子扩散长度应至少是最佳基区厚度的2倍.此外,本文不但对模拟结果的现象进行了描述,还深化解释了其变化的物理机制.由于外延晶体硅薄膜太阳电池在器件结构上与晶体硅太阳电池具有很大的相似性,所以本文的结论在某种程度上对晶体硅太阳电池特别是当下研究最热门的薄硅片太阳电池也是适用的.     

硅氧合金薄膜结构光电特性及其在硅基薄膜太阳电池中的应用

硅薄膜合金化可调控硅基薄膜的光学带隙、折射率等特性,是提高硅基薄膜太阳电池性能的重要途径之一.硅氧合金薄膜是由富硅相和非晶富氧相组成的双相体系,具有高电导、宽带隙、低折射率等特性,可用于硅基薄膜太阳电池的吸收层及辅助层,提高太阳电池的性能,是近期硅基合金薄膜的研究热点.本文将概述硅氧合金薄膜的微观结构、光电特性,及其在硅基薄膜电池窗口层、吸收层、中间反射层、背反射层等的应用.     

外延晶体硅薄膜太阳电池的量子效率和特性研究

为了澄清限制所制备的颗粒硅带上的晶体硅薄膜太阳电池效率的主要因素,对制备在颗粒硅带、经区熔(ZMR)后的颗粒硅带和单晶硅衬底上的外延晶体硅薄膜太阳电池进行了QE和Suns-Voc研究.结果表明,颗粒硅带上沉积的外延层的表面有一定的粗糙度,它不但增加了电池表面的漫反射,也使氮化硅减反射膜的结构变得疏松,最终影响了减反射膜的陷光效果;沉积在颗粒硅带上的硅活性层的晶体质量也较差,较重的晶界复合限制了少子扩散长度,使得制备在颗粒硅带上的硅薄膜太阳电池在长波方向上的光谱响应明显变坏.所制备的晶体硅薄膜太阳电池的暗特性参数值均不理想,电池性能尤其受到过高的暗饱和电流I02值和过低的并联电阻Rsh值的严重影响.高的I02值是由于结区硅活性层较差的晶体质量所导致的严重的晶界复合造成的,低的Rsh值被归结为电池经激光切割后未经钝化的裸露的PN结及电池边缘的漏电造成的.     

外延晶体硅薄膜太阳电池的量子效率和特性研究

为了澄清限制所制备的颗粒硅带上的晶体硅薄膜太阳电池效率的主要因素, 对制备在颗粒硅带、经区熔(ZMR)后的颗粒硅带和单晶硅衬底上的外延晶体硅薄膜太阳电池进行了QE和Suns-Voc研究. 结果表明, 颗粒硅带上沉积的外延层的表面有一定的粗糙度, 它不但增加了电池表面的漫反射, 也使氮化硅减反射膜的结构变得疏松, 最终影响了减反射膜的陷光效果; 沉积在颗粒硅带上的硅活性层的晶体质量也较差, 较重的晶界复合限制了少子扩散长度, 使得制备在颗粒硅带上的硅薄膜太阳电池在长波方向上的光谱响应明显变坏. 所制备的晶体硅薄膜太阳电池的暗特性参数值均不理想, 电池性能尤其受到过高的暗饱和电流102值和过低的并联电阻Rsh值的严重影响. 高的I02值是由于结区硅活性层较差的晶体质量所导致的严重的晶界复合造成的, 低的Rsh值被归结为电池经激光切割后未经钝化的裸露的PN结及电池边缘的漏电造成的.     

外加磁场对掺杂TiO2薄膜光催化活性的影响

利用外加匀强磁场辅助掺杂TiO2光催化降解偶氮胭脂红B溶液,实验探讨了外加磁场强度对Fe3 、Ni2 、Cu2 掺杂TiO2薄膜光催化活性的影响.结果 表明:外加磁场使掺杂Ni2 /TiO2、Fe3 /TiO2薄膜的光催化活性降低,在磁感应强度为0.7×10-2T时,催化剂Fe3 /TiO2几乎完全失活,光催化降解率低于2.0%,而掺杂0.5% Cu2 /TiO2薄膜的光催化活性在磁场辅助下光催化活性普遍增强,感应强度为1.0×10-2T时光催化降解率达19.4%,相当于无外加磁场时的1.2倍;理论分析指出,磁场辅助对掺杂TiO2光催化活性的影响与掺杂离子的磁导率有关.     

少子寿命跟踪在异质结电池生产中的应用

异质结电池是量产的高效晶体硅太阳电池之一,开发简单有效的监控方案是规模化生产的前题.通过监测a-Si:H(i)/c-Si/a-Si:H(i),a-Si:H(p~+)/a-Si:H(i)/c-Si/a-Si:H(i)/a-Si:H(n~+),TCO/a-Si:H(p~+)/a-Si:H(i)/c-Si/aSi:H(i)/a-Si:H(n~+)三种异质结的有效少子寿命来监控太阳电池生产过程中各层薄膜的沉积质量,追踪电池性能,结果发现,各异质结的隐性开压(impliedVoc),赝填充因子(pFF)等在低于~2ms时,与寿命呈明显的正相关关系,而当少子寿命超过~2ms时,上述电参数变化很小,趋于饱和状态,最终的电池效率也遵循这一规律.这可以解释为硅材料在非平衡态下的费米能级之差随着表面复合的减少趋于极大值所致.研究表明,采用少子寿命跟踪的方法,可以判断非晶硅层的质量、透明氧化物薄膜沉积过程中对非晶硅的轰击损伤、分析和预测电池性能,同时可监控产线的稳定性和异常情况.     

TiO_2纳米阵列的制备、表面修饰及其在钙钛矿太阳电池中的应用

一维TiO_2纳米阵列具有直接的电子传输通道,在太阳电池中作为电子传导材料引起了广泛的关注.以水热法制备的金红石相TiO_2纳米阵列作为有机无机杂化钙钛矿太阳电池电子传导支架,系统研究了TiO_2致密层引入对纳米阵列生长和组装器件光电性能的影响;考察了TiO_2纳米棒棒长和TiCl_4水浴处理等对纳米阵列微结构和组装电池光电性能的影响.致密层的引入有利于获得垂直取向TiO_2纳米阵列,纳米棒棒长的优化有利于光生载流子的快速分离和传导,而采用TiCl_4水浴处理TiO_2纳米阵列,不仅增大了纳米阵列的比表面积,有利于吸附更多的钙钛矿晶体和提升电池对光的俘获,同时TiCl_4水浴处理产生的小纳米颗粒有助于填补钙钛矿晶体与纳米阵列间的缝隙,促进更好的界面接触,从而抑制载流子传导过程中的复合,提升电池性能.在引入TiO_2致密层后,进一步采用0.1 mol/L TiCl_4处理的TiO_2纳米阵列组装的电池展现最优的光电性能,其短路电流密度、开路电压、填充因子分别达到22.88 mA/cm~2,1.04 V和63.58%,电池的能量转化效率达到15.11%.     

染料敏化太阳电池产业化进程分析

染料敏化太阳电池结合了有机染料光敏剂和无机半导体的优势,具有较宽的光谱响应范围,制造工艺简单、成本较低,应用前景广阔,因而备受人们的关注.本文回顾了染料敏化太阳电池技术的发展历史,介绍了2001年以来国际上该电池产业化进程,并对该电池目前存在的问题和未来发展的趋势作了简要分析.     

晶体硅太阳电池SiNx/Al 背反射性能研究

随着硅片的不断减薄, 晶体硅太阳电池背反射性能变得越来越重要. 本文首先采用PC1D 软件进行理论模拟, 研究背反射率对电池的电学和光学性能影响. 模拟表明, 电池的短路电流、开路电压和内、外量子效率均随着背反射率增大而变大. 当电池背反射率从60%增加到100%时, 电池短路电流提高了 0.128 A, 最大输出功率提高了 0.066 W, 开路电压提高0.007 V; 1100 nm 波长下, 内量子效率提高39.9%, 外量子效率提高17.4%, 电池效率提高了0.4%. 然后, 通过丝网印刷技术制备了SiN_x/Al 背反射器, 实验结果表明, 在长波波段SiN_x/Al 背反射器具有良好的背反射性能, 在1100 nm以上的长波波段含有SiN_x/Al 背反射器结构的电池比普通Al 背场电池对同波长光的背反射率高出15%, 因而具有更高的电池效率.     

梯度氢稀释法制备微晶硅n-i-p太阳电池的研究

采用高压RF-PECVD技术,研究了恒定氢稀释法和梯度氢稀释法对本征微晶硅薄膜纵向结构和n-i-p微晶硅太阳电池性能的影响.结果表明,采用梯度氢稀释法能够调控本征微晶硅薄膜的纵向晶化率分布和晶粒尺寸,使电池性能得到大幅度提高,获得转换效率为5.7%（Voc=0.47V,Jsc=20.2mA/cm2,FF=60%）的单结微晶硅太阳电池及转换效率为10.12%（Voc=1.2V,Jsc=12.05mA/cm2,FF=70%）的叠层太阳电池.     

天然石墨利用现状及石墨制品综述

作为战略性资源,天然石墨具有热膨胀系数小(1×10~(-6)~3 0×10~(-6)K)、导热系数大(1 2 9 W m~(-1)K~(-1))、耐高温、良导电性(电阻率8×10~(-6)~1 3×10~(-6)Ωm)、超高润滑性(摩擦系数0.0 8~0.1 6)、可塑性、高的化学稳定性以及优良抗热震性等特性,是一类重要的矿物材料.其广泛应用于机械、冶金、石油化工、轻工、电子、电器、国防、军工、航天等国民经济各个领域,被誉为"万能"非金属材料之一.我国是石墨矿产资源大国,本文基于我国近年来在石墨矿产资源勘探、矿山加工工艺、生产消费及对外贸易等领域的数据,给出了天然石墨的综合利用现状分析,围绕石墨矿精纯、石墨制品深加工、石墨在国民经济及新兴产业等领域的应用展开讨论,内容涉及膨胀石墨、氟化石墨与石墨烯三类最重要的石墨制品.重点分析了我国进口石墨制品的生成加工、技术革新及与发达国家之差距等问题,系统介绍了石墨资源的综合利用进展.最后,基于石墨制品及无机非金属学科化发展趋势,给出石墨科学的未来发展方向.     

用X射线研究由PI膜制备石墨化碳微晶的结构特性

用X射线衍射技术对固相炭化过的PI(聚酰亚胺)膜的石墨化碳微晶的结构特征进行了考察.结果表明,该薄膜的石墨化始于热处理温度2 100℃左右;在2825℃及其以上温度热处理过的薄膜样品的微晶碳层具有很好的取向,并呈现出明显的多相石墨化现象,获得了该试样的镶嵌结构信息;对于3 160℃热处理过的薄膜样品来说,其层间距和镶嵌度分别为0.335 45nm和5.4°. 同时,就其石墨化度稍有不同的两种结晶相的来源进行了一些推理性的讨论,这对更全面地了解该类石墨化产物的结构提供了新的科学知识.     

基于印刷碳纳米管薄膜阴极的场发射显示器发光稳定性的提高

针对印刷CNT薄膜中CNT与衬底的不良接触对发光稳定性的影响, 提出了一种可改善器件发光稳定性的阴极共烧结制造工艺. 通过对银浆印刷层和CNT印刷层采用的共烧结处理, 在CNT和银导电衬底接触部位可形成几何匹配或产生CNT镶嵌于银层的结构, 在薄膜顶部则形成CNT团聚物与银块互相嵌套的结构. 这些结构使CNT与银导电层的接触面积增加, 形成欧姆接触的可能性大大提高, 从而使采用共烧结阴极制造的器件在高亮度下的发光稳定性及寿命较采用普通阴极的器件提高5.6倍.     

Co原子浓度对Co-Mn-Si薄膜各向异性磁电阻及半金属性的影响

向原子比为2:1:1的Co-Mn-Si合金薄膜中掺杂Co原子,试图发现Co-Mn-Si合金薄膜半金属性的变化规律.通过制备系列不同成分Co-Mn-Si合金薄膜,并测试薄膜的各向异性磁电阻比.结果发现制备的Co50Mn Si薄膜具有良好的B2结构,杂质及缺陷数量少(剩余电阻比大),各向异性磁电阻比为负值,从而具有良好的半金属属性.随着Co原子浓度的增加,Co-Mn-Si薄膜B2结构取向度降低,剩余电阻比减小,各向异性磁电阻比增大,其半金属属性随Co原子浓度的增加被逐渐破坏.     

PAH复合石墨氧化物分子沉积薄膜的制备及纳米摩擦学行为研究

用分子沉积技术制备了聚丙烯胺(PAH)/石墨氧化物(GO)多层分子沉积薄膜, 为了增大薄膜自身的结合强度, 采用加热的方式使其成膜动力发生转变. 用紫外光谱及原子力显微镜(AFM)考察了薄膜的微观结构及其纳米摩擦学性能. 结果表明, 薄膜能够有效降低玻璃表面的摩擦, 加热后薄膜成膜动力由静电结合转变为价键结合的形式, 同时摩擦力的变化取决于薄膜表面硬度和形貌.     

液体-固体接触中界面电子转移的过程与EDL结构的两步走机理模型

液体-固体(L-S)界面科学是化学、催化、能源甚至生物学中最重要的表面科学, L-S界面双电层(EDL)的形成是由于在固体表面吸附了一层电荷,使液体中的离子重新分布.虽然人们总是假设固体表面最初便存在一层离子电荷,但这层电荷的起源与属性却没有得到广泛的探索,而最近的研究表明,在L-S界面电荷层形成的初始阶段,电子传递起着主导作用.本文综述了近年来在液体-固体接触起电中,包括液体-绝缘体、液体-半导体和液体-金属的电子传递方面的研究进展.考虑到L-S界面上电子传递的存在,重新讨论了EDL的形成,并展望了液液接触起电的模型.     

高温退火处理的磷化铟中的深能级缺陷

用深能级瞬态谱(DLTS)研究了高温退火处理后磷化铟中的深能级缺陷. 在退火前以及纯磷和磷化铁气氛下, 退火后低阻磷化铟中的深能级缺陷的数量和浓度明显不同, 磷化铁气氛下退火后的磷化铟中只有0.24和0.64 eV两个缺陷, 而纯磷气氛下退火后的磷化铟中可测到0.24, 0.42, 0.54和0.64 eV 4个缺陷, 退火前的原生磷化铟样品中有的只有0.49和0.64 eV两个缺陷, 有的只有0.13 eV一个缺陷. 根据这些结果, 讨论了退火气氛对缺陷的产生和抑制作用的物理机理.