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主题

1 篇 硅基钙钛矿叠层电...
1 篇 非晶硅沉积
1 篇 界面调控
1 篇 低温焊带
1 篇 异质结电池

机构

1 篇 西安电子科技大学

作者

1 篇 何凤琴

语言

1 篇 中文

检索条件"主题词=硅基钙钛矿叠层电池"

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详细简洁

排序：

高效晶硅异质结电池及其与钙钛矿叠层电池研究

高效晶硅异质结电池及其与钙钛矿叠层电池研究

引用

作者：何凤琴西安电子科技大学

学位级别：博士

高效率、低成本太阳电池是光伏发电的核心器件,是光伏发电平价上网的基本保障,进而成为学术界和产业界关注的热点。由于传统硅太阳电池效率提升慢、成本降低难,异质结硅光伏电池及其与钙钛矿叠层电池正逐步成为未来高效光伏电池研究和... 详细信息

高效率、低成本太阳电池是光伏发电的核心器件,是光伏发电平价上网的基本保障,进而成为学术界和产业界关注的热点。由于传统硅太阳电池效率提升慢、成本降低难,异质结硅光伏电池及其与钙钛矿叠层电池正逐步成为未来高效光伏电池研究和产业化应用的焦点,而更高的理论效率,更为简化的制造工艺、更低的制造成本赋予了这些新兴电池技术突出的产业化应用潜力。本文着眼高效晶硅异质结电池面临的效率、封装等相关共性科学技术难题,从电池的结构设计、关键工艺、效率提升及封装研究,探索了晶硅异质结电池及其与钙钛矿叠层太阳电池技术。主要研究内容与成果包括:1、建立了N型晶硅异质结太阳电池器件模型,设计实现了转换效率达27.83%的异质结电池结构,优化的电池结构为透明导电层TCO（80 nm）/p型掺杂非晶硅（4nm）/前本征非晶硅（5 nm）/n型硅基底（200μm）/n型掺杂非晶硅（5～10 nm）/后本征非晶硅（5～10 nm）/TCO（100nm）。系统研究并突破了清洗制绒圆化、非晶硅及透明导电膜沉积、无主栅金属化等关键工艺,形成了制备高效异质结电池成套工艺体系,显著降低了表面反射率、增加了少子寿命、改善了TCO的透光率和导电性。采用KOH浓度为5%、IPA添加量为100 m L、制绒时间为20 s的制绒工艺,结合HNO3:HF的比例为3:1,清洗时间为60 s的圆化工艺,实现了晶硅表面的反射率低至8.69%;基于化学气相沉积PECVD开发了沉积压强为2 Torr、射频功率为8 W、氢稀释比为90 sccm、沉积温度为220℃、退火温度为250℃的本征非晶硅沉积优化工艺,钝化后的少子寿命可达到3.08 ms;发现反应等离子体沉积RPD的氧氩比（O2/Ar2）为10%、沉积时间为30 min、沉积温度为80℃、退火时间为2小时、靶材掺杂比例为1%进行TCO沉积,制备出的透明氧化钨（IWO）薄膜透光率超过95%,电导率达到7300 S/cm。基于上述系统工作,成功制备出开路电压为740 m V、短路电流密度为39 m A/cm2、填充因子超过82%,平均转换效率为23.5%的高效异质结电池。2、针对异质结电池栅线银浆耗量大的突出工程难题,首次开发了基于镀锡铜线互联工艺的无主栅异质结光伏电池制备技术。并设计了高度为20μm、宽度为40μm、数量为90根的副栅线网版,制得的无主栅异质结电池栅线高宽比可达到0.45,使电池制备的银浆耗量相对常规5栅线电池降低17.7%;同时将电池的转换效率绝对值平均提升0.3%,最高电池转换效率超过24%。针对无主栅线电池封装互联需求,开发了熔点约为145℃的Sn-Bi-Pb合金铜线焊带,在短至7 min的层压过程中实现焊带和电池间的互联;进一步采用透光率约为90%的聚烯烃薄膜（TPO）作为电池的封装覆膜,完成了无主栅异质结电池组件封装,组件功率达到335.2 W。相比传统封装方式,功率提升约10 W,封装损失降至1.58%。3、聚焦于面向晶硅钙钛矿叠层电池应用需求,重点开展了金属卤化物钙钛矿薄膜生长、界面调控及钙钛矿电池低温制备工艺研究。提出了便捷的分子间交换策略,可以有效抑制薄膜中成份和结构缺陷的形成,并可将薄膜的结晶温度大幅降低至室温。通过优化分子间交换溶液浓度,获得了转换效率为19.45%的钙钛矿太阳电池;提出一种简便的溶液介导二次生长（SSG）技术,即将CH3NH3Pb I3薄膜在不同温度的CH3NH3I异丙醇溶液中进行浸泡处理,实现了钙钛矿电池界面晶面的精细调控,揭示了依赖于SSG温度的界面晶面调控机理。实验发现,当SSG温度为60℃时,CH3NH3Pb I3薄膜的晶面可以从（100）和（112）面包围的十二面体形状转变为（110）和（002）面包围的立方形状,同时还能保持薄膜纯的结晶相和组分;随着SSG温度的升高,CH3NH3Pb I3薄膜的缺陷密度呈现降低趋势。这使得电池界面的载流子提取效率明显提升,进而使CH3NH3Pb I3钙钛矿电池的转换效率从17.67%提升至19.66%。4、在异质结电池和钙钛矿电池研究基础上,提出一种由超薄Ag透明电极、钙钛矿吸收层、厚Ag电极组成的微腔结构钙钛矿电池,利用高折射率Te O2光学耦合层提高了超薄Ag电极的透光率,提升了钙钛矿活性层的光利用率,增加了光电场和激子产生速率,采用优化的Te O2/Ag复合电极可将钙钛矿电池效率提升至22.60%。设计了基于Mo Ox/Ag/Te O2复合电极的半透明钙钛矿顶电池,该电池不仅能够充分吸收300～600 nm波段太阳光,而且在600～1100 nm波段的透光率达到80%以上;以异质结电池和钙钛矿已研究内容为基础建立了四端型硅基异质结/钙钛矿叠层太阳电池模型,成功设计出顶电池效率为16.58%、底电池效率为14.76%、叠层电池效率达到31.

关键词：异质结电池非晶硅沉积低温焊带硅基钙钛矿叠层电池界面调控

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