PERC型晶体硅太阳电池的光致衰减及其钝化技术研究-谢猛-浙江大学.pdf-solarbe文库

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分类号ＴＭ９１４．４单位代码＿１０３３５＿ 密级  学号２１５２６０４０ 硕士学位论文 ．Ｓ 中文论文题目ＰＥＲＣ型晶体硅太阳电池的光致衰蓋 及其钝化拮衆研究  英文论文题目，Ｓｔｕｄｙｏｎｌｉｇｈｔｉｎｄｕｃｅｄｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎａｎｄ ｒｅｌａｔｅｄｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎｏｆＰＥＲＣｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎｓｏｌａｒｃｅｌｌｓ  申请人姓名  ＾±１  指导教师  杨德仁教授  合作导师  余学功教授  专业名称材料科学与工程 研究方向  晶体硅太阳能电池 所在学院 材料科学与工程学院 论文提交日期二〇－一八年一月二十五日 Ｓ ＰＥＲＣ型晶体硅太阳电池的光致衰减及其純化技  太研免   论文作者签名确令  指导教师签名＿ｆ） ｌｙ＾＼＇ ‘ ＿ 论文评阅人１崔饳教桴淅汀理丁士举  评阅人２   匿名评阅人  评阅人３   匿名评阅人评阅人４  评阅人５  答辩委员会主席蒋建中教桴浙江± 学  委员１ 刘永锋教授浙江大学委员２  呈讲明教桴浙江太学  委员３  潘新花副教授浙江太学  委员４刘小强副教授淅江大学  答辩日期二〇Ａ车六月八日 Ｓｔｕｄｙｏｎｌｉｇｈｔｉｎｄｕｃｅｄｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎａｎｄｒｅｌａｔｅｄ ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎｏｆＰＥＲＣｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｓｉｌｉｃｏｎｓｏｌａｒｃｅｌｌｓ  Ａｕｔｈｏｒ’ｓｓｉｇｎａｔｕｒｅ乂 ’ 丨已  Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒ’ｓｓｉｇｎａｔｕｒｅ ＥｘｔｅｒｎａｌＲｅｖｉｅｗｅｒｓ  ｐｒｏｆ．Ｃａｎ Ｃｍ Ｚｈｅｉｉａｎｇ Ｓｃｉ－ＴｅｃｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ＡｎｏｎｙｍｏｕｓＲｅｖｉｗｅｒ   ＡｎｏｎｙｍｏｕｓＲｅｖｉｗｅｒＥｘａｍｉｎｉｎｇＣｏｍｍｉｔｅｅＣｈａｉｒｐｅｒｓｏｎ Ｐｒｏｆ．ＪｉａｎｚｈｏｎｇＪｉａｎｇ  Ｚｈｅｊｉａｎｇ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｅｘａｍｉｎｉｎｇ  ＣｏｍｍｉｔｅｅＭｅｍｂｅｒｓ Ｐｒｏｆ．ＹｏｎｇｆｅｎｇＬｉｕＺｈｅｉｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｏｆ．ＪｉｎｍｉｎｇＷｕ Ｚｈｅｉｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ＡＴＰｒｏｆＸｉｎｈｕａＰａｎＺｈｅｊｉａｎｇ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ａ／Ｐｒｏｆ  ＸｉａｏＱｉａｎｇＬｉｕＺｈｅｉｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｉｓｔｖ Ｄａｔｅｏｆｏｒａｌｄｅｆｅｎｃｅ Ｊｕｎｅ０８，２０１８ 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为荻得浙江大荦或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名签字日期加／ｇ年ｉ月日 学位论文版权使用授权书 太学位论玄作者完全了解浙江大学有关保留、使用学位论文 的规定，有杈保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。水人授权浙江大举可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本授权书） 学位论文作者签名导师签名＜ 签字曰期２＾年６月／步  签字曰期久免６月（２曰  ｓｓ  摘要 高效、低成本是目前晶体硅太阳能电池主要追求的目标。钝化发射极背面接 触（ＰＥＲＣ）电池技术因为良好的氧化铝背表面钝化而具有较高的转换效率，是 目前产业界认为最有潜力的高效电池技术之一。然而ＰＥＲＣ电池具有严重的光致 衰减（ＬＩＤ）问题，所以对ＰＥＲＣ电池表面钝化进行相关探究以及其光致衰减机 理和抑制方法进行探究对于发展更加高效的ＰＥＲＣ电池具有非常重要的意义。 本文通过大电流注入的方法来探究ＰＥＲＣ电池光致衰减的抑制途径。实验发 现，对于单晶ＰＥＲＣ电池，大电流注入的方法能使得电池迅速实现第三态回复的 过程，处理后的样品具有明显的抗光致衰减性能；同时我们发现批量大电流处理 也能使得处理的电池具有较小的光致衰减。同时我们发现大电流注入对于多晶 ＰＥＲＣ的ＬｅＴＩＤ（ＬｉｇｈｔａｎｄＥｌｅｖａｔｅｄＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＩｎｄｕｃｅｄ Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）具有很好 的抑制效果，同时热退火处理也能提高电池的抗光致衰减性能，而遐火和大电流 处理叠加，电池的抗光致衰减性能更加突出。 ＡＬＤ－Ａ１２０３对晶体硅的钝化作用会在光照条件下而增强，光照后，这种增强 效应在避光条件下又会慢慢消失；而增强过程和回复过程都是热激活过程，其激 活能大约分别为０．３２ｅＶ和０．５９ｅＶ。我们通过Ｃ－Ｖ曲线表征发现Ａｌ２〇３在光照 钝化效果增强的原因是光照过程中Ａ１２０３界面负电荷增加而导致场致钝化增强。 通过深能级瞬态谱（ＤＬＴＳ）的瞬态电容法，我们发现氢钝化后能显著降低 Ａｌ２０３／ｐ－Ｓｉ表面态的态密度，同时氢钝化也能显著降低表面态对空穴的捕获截面， 但是氢钝化不能改变表面态的 “ｌｏｃａｌｉｚｅｄ” 和 “ｂａｎｄ－ｌｉｋｅ ” 的性质。同时实验观察 到Ｃｕ沾污能显著增加表面态的态密度，也使得空穴的捕获截面增加超过两个数 量级，而且Ｃｕ沾污能削弱氢对表面态的钝化效果。 关鍵词ＰＥＲＣ电池，光致衰减，第三态回复，表面钝化，氧化钼，氢钝化 Ｉ  Ａｂｓｔｒａｃｔ  Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｃｅｎｃｙ  ａｎｄｌｏｗｃｏｓｔａｒｅｔｈｅｔｗｏｍａｉｎｔａｒｇｅｔｓｆｏｒｔｈｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｓｉｌｉｃｏｎ ｓｏｌａｒｃｅｌｌｓ．Ｐａｓｓｉｖａｔｅｄｅｍｉｔｔｅｒａｎｄｒｅａｒｃｏｎｔａｃｔｓｏｌａｒｃｅｌｌ（ＰＥＲＣ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｗｅｌｌ ｐａｓｓｉｖａｔｅｄｏｎｔｈｅｒｅａｒｓｉｄｅｂｙｔｈｅＡＬＤ－ＡＩ２Ｏ３ｆｉｌｍ， ｉｓｏｎｅ ｏｆ  ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｐｒｏｍｉｓｉｎｇｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｏｗｉｎｇｔｏｔｈｅｈｉｇｈｅｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｉｔｉｓｃｏｍｆｉｒｍｅｄｔｈａｔｌｉｇｈｔ ｉｎｄｕｃｅｄｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｉｎＰＥＲＣｓｏｌａｒｃｅｌｌｓｉｓｖｅｒｙｓｅｖｅｒｅ，ｗｈｉｃｈｓｅｒｉｏｕｓｌｙｉｍｐｅｄｅｓｔｈｅ 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ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｉｌｉｃｏｎｓｘｉｒｆａｅｅｂｅｆｏｒｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎａｓｒｅｐｏｒｔｅｄ ｉｎｌｉｔｅｒａｔｕｒｅｓ． Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ， ｔｈｅｄｅｆｅｃｔｄｅｎｓｉｔｉｅｓａｎｄｃａｐｔｕｒｅｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｓａｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎｆｏｒｂｏｔｈｓａｍｐｌｅｓｗｉｔｈｃｌｅａｎａｎｄｃｏｐｐｅｒｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄ ｓｉｌｉｃｏｎｓｕｒｆａｃｅｓ． ＫｅｙｗｏｒｄｓＰＥＲＣｓｏｌａｒｃｅｌｌｓ，ｌｉｇｈｔｉｎｄｕｃｅｄｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ，ｓｕｒｆａｃｅｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ，ＡＩ２Ｏ３， ｈｙｇｒｏｇｅｎｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ＩＶ １５ 目录 ＭｌＩ ＡｂｓｔｒａｃｔＨＩ 第一章绪论ｉ ｉ．ｉ研究背景与意义１ １．２研究的目的与内容２ １．３论文结构与提纲３ 第二章文献综述５ ２．１前言５ ２．２太阳能电池的工作原理几种晶体硅太阳能电池的介绍５ ２．２．１ｐ＊ｎ结５ ２．２．２晶体硅太阳能电池的制备 ９ ２．２．２．１铝背场（Ａ１－ＢＳＦ）电池９ ２＿２．２．２背表面钝化点接触（ＰＥＲＣ）电池  １１ ２．３晶体硅太阳能电池的光致衰减１２ ２．３．１硼氧复合体引起的光致衰减（ＢＯ－ＬＩＤ） １２ ２．３．１．１  １３ ２．３．１．２缺陷的化学组成１５ ２．３．１．３缺陷的电学行为１６ ２．３．１．４缺陷的动力学行为  １７ ２．３．２金属铜引起的光致衰减（Ｃｕ－ＬＩＤ） １９ ２．３．２．１金属铜弓丨起光致衰减的发现１９ ２．３．２．２金属铜引起光致衰减的机理 ２０ ２．３．２．３金属铜引起光致衰减的影响因素２１ ２．３＿２．４金属铜引起光致衰减的抑制２３ ２．３．３ＰＥＲＣ电池的光致衰减２４ ２．３．３．１单晶ＰＥＲＣ的光致衰减 ２４ ２＿３．３．２多晶ＰＥＲＣ的光致衰减２７ ２．４光致衰减的抑制３０ Ｖ  浙江大学硕士学位论文  ２．４．１硅材料层面抑制光致衰减３０ ２．４．１．１减少硅材料中的硼和氧来抑制光致衰减 ３０ ２．４．１．２共掺抑制光致衰减３１ ２．４．２硼氧复合体的第三态回复３２ ２．４．２．１第三态的发现和定义３２ ２．４．２．２影响第三态转变的因素３４ ２Ａ２．３第三态回复的机理３５ ２．４．３ＰＥＲＣ电池光衰减的抑制３７ ２．４．３．１单晶ＰＥＲＣ光致衰减的抑制 ３７ ２．４．３．２多晶ＰＥＲＣ的光致衰减３８ ２．５硅的表面态和表面钝化４０ ２．５．１表面态和表面复合４０ ２．５．２晶体硅表面钝化原理 ４１ ２．５．３晶体硅表面钝化技术４２ ２．５．３．１二氧化硅钝化４２ ２．５．３．２氮化硅钝化４４ ２．５Ｊ．３氧化铝钝化４５ ２．６目前存在的问题 ４６ 第三章实验样品和研究方法４７ ３．１实验样品制备４７ ３丄１ＰＥＲＣ电池的光致衰减研究４７ ３．１．１．１ 单晶 ＰＥＲＣ４７ ３．１．１．２多晶ＰＥＲＣ４７ ３．１．２光照下氧化铝钝化效果研究４８ ３．１．３氢钝化界面态研究４８ ３．２实验设备４８ ３．２．１瞬态微波光电导寿命测试仪（ＭＷＰＣＤ）  ４８ ３．２．２准稳态微波光电导（ＱＳＳＰＣ） ５０ ３．２．３深能级瞬态谱仪（ＤＬＴＳ） ５１ 第四章ＰＥＲＣ电池光致衰减的探究５５ ４．１引言５５ ＶＩ  Ｉ＊  ４．２实验５６ ４．２．１单晶ＰＥＲＣ５６ ４．２．２多晶ＰＥＲＣ５７ ４．３实验结果和讨论５７ ４＿３＿１单晶ＰＥＲＣ５７ ４．３．１．１少子寿命探究光致衰减和第三态回复５７ ４．３．１．２小电流条件下的衰减和第三态回复５８ ４．３．１．３大电流处理 ５９ ４．３．１．４大电流大批量处理６０ ４．３．２多晶ＰＥＲＣ的光致衰减６１ ４．４实验小结６４ 第五章氧化铝钝化的光致增强效应６５ ５．１前言６５ ５．２实验６６ ５．３实验结果与讨论６６ ５．３．１氧化铝钝化效果在光照下的增强效应６６ ５．３．２氧化铝钝化效果光致增强效应的原因探究６８ ５．３．３ＲＴＰ对氧化铝钝化光致增强效应的影响７１ ５．４实验小结７２ 第六章氢对Ａｂ〇３／ｐ－Ｓｉ界面态的钝化效果研究７３ ６．１ｔｉｔ７３ ６．２实验７４ ６．３实验结果和讨论７４ ６．３．１机理介绍７４ ６．３．２界面态电荷的计算７５ ６．３．３氢对界面态的钝化７６ ６．３．４界面态能级分布和空穴捕获截面 ７９ ６．４实验小结８１ 第七章结论８３ ７．１实验结论８３ ７．２本文创新性８４ ｖｎ  浙江大学硕士学位论文  ＃＃捕８５ 致谢９９ 作者简介１０１ 攻读学位期间发表的学术论文１０３ ｖｍ  第一章绪论  第一聿绪论 １．１研究背景与意义 能源是人类生存和发展的基础之一，随着人类经济和社会的发展，人类对能 源的依赖程度也越来越高。然而在当今的能源结构中，人类所利用的主要能源是 石油、煤炭、天然气这些化石能源。但是，长期依赖这些化石能源，会造成大气 和其他类型环境污染与生态破坏等问题；同时这些传统的化石能源也将面临日益 枯竭的问题。这都问题将对人类的可持续发展带来严峻的挑战，也因此引起国际 各个国家的高度重视。因此，不论是从经济社会走可持续发展之路角度，还是从 国家的战略布局的角度，发展可再生清洁能源均来替代传统的化石能源都将具有 重大战略意义。从长远来看，大力发展可再生能源可以逐步改善以煤炭为主的能 源结构，促进常规能源资源更加合理有效地利用，缓解与能源相关的环境污染问 题。开发利用以太阳能、风能为代表的可再生能源，并建立必要的技术贮备，可 以减少我国对国外矿物能源的依赖，增强国家抗御能源安全风险的能力。随着太 阳能等新型可再生能源的大规模开发利用，我国乃至世界的能源结构必然会有巨 大的调整，可以预见将来太阳能将会得到空前发展，人类文明也会更上一个台阶１ 常见的可能生能源包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能等，其中 光伏发电技术是最重要的可再生清洁能源之一。太阳能光伏发电在不远的将来 会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界 能源供应的主体。预计到２０３０年，可再生能源在总能源结构中将占到３０％以上， 而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到１０％以上；到２０４０年，可 再生能源将占总能耗的５０％以上，太阳能光伏发电将占总电力的２０％以上；到２１ 世纪末，可再生能源在能源结构中将占到８０％以上，太阳能发电将占到６０％以上 ［１］〇这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战 略地位。 目前市场上成功商业化的太阳能电池主要有晶体硅太阳能电池、砷化镙太 阳能电池、碲化镉太阳能电池、薄膜非晶硅太阳能电池、铜铟硒太阳能电池。而 晶体硅太阳能因为其相对较低的成本，比较高的效率和较好的德定性等优势，占 据着太阳能光伏市场８０％的市场份额，而这一份额会在较长的一段时间内继续保 持。所以晶体硅太阳能电池一直是学术界和产业界都的研究热点。提高效率和降 低成本一直是晶体硅太阳能电池发展的两大趋势。在降低成本方面从上游的多 １  浙江大学硕士学位论文  晶硅原料角度，改良西门子工艺（三氯氢硅还原）和高度提纯的物理冶金工艺都 能有效减少生产能耗和排污，从而显著的降低成本；从中游晶体生长和加工的角 度，ＵＭＧ硅料（ＵｐｇｒａｄｅｄＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌＧｒａｄｅ）的应用［２４］，低杂质共掺杂晶体生 长技术，类单晶技术都大大降低了晶体硅的生产成本［５］；而从硅片加工的角度， 双向金刚线切割的技术的应用使得切割晶体损失最小，切割损伤也更小［６］，从而 有效的降低了成本。在提高效率方面各种电池制作工艺的改进以及各种新型的 结构电池的研发，使得晶体硅电池以及组件的效率得到屡屡刷新，比如钝化发射 极背面点接触 ＰＥＲＣ（ＰＥＲＴ，ＰＥＲＬ）太阳能电池（ＰａｓｓｉｖａｔｅｄＥｍｉｔｔｅｒａｎｄＲｅａｒ Ｃｏｎｔａｃｔ）技术［７－９］，晶体桂／非晶娃异质结ＨＩＴ太阳能电池ＨＩＴ（Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎｗｉｔｈ ＩｎｔｒｉｎｓｉｃＴｈｉｎｌａｙｅｒ）技术［１Ｇ，Ｕ］，全背电极接触 ＩＢＣ太阳能电池（ＩｎｔｅｒｄｉｇｉｔａｔｅｄＢａｃｋ Ｃｏｎｔａｃｔ）技术［１２，１３］，金属缠绕背接触ＭＷＴ太阳能电池（ＭｅｔａｌＷｒａｐＴｈｒｏｕｇｈ） 技术［１４，１５１等。同时随着我国 “光伏领跑者计划” 的提出，开发和发展高效电池已 经成为产业界所达成的共识。根据ＮＰＤＳｏｌａｒｂｕｚｚ的预测，未来５年，高效ｐ型 单晶和多晶电池将会成为市场的主导［］６］，而ＰＥＲＣ电池是目前公认的ｐ型电池 中最成熟的，最具有市场潜力的太阳能电池［１７］。早就从２０１２年开始，许多太阳 能电池厂家，包括新日光、昱晶和旭泓等就开始是实现ＰＥＲＣ电池的量产，目前 国内各个厂家包括隆基股份、天合股份、阿特斯等都加大了ＰＥＲＣ电池的研发和 生产力度。在转换效率上，ＰＥＲＣ也是屡屡刷新纪录，２０１７年１０月２７日，隆基 绿能科技股份有限公司对外宣布，其单晶ＰＥＲＣ电池最高转换效率达到２３．２３％， 创下ＰＥＲＣ电池转换效率新的世界纪录。 ＰＥＲＣ电池效率的提升得益于其背面采用钝化和反射的增强［８，９］技术，但是同 时其也存严重的光致衰减（ＬＩＤ）问题，而且其衰减超过普通的铝背场太阳能电 池（Ａ１－ＢＳＦ），单晶ＰＥＲＣ衰减幅度在５－１０％［１９，２（）］。光致衰减严重的限制了ＰＥＲＣ 电池的转换效率的提升。所以对ＰＥＲＣ电池表面钝化进行相关探究以及其光致衰 减机理和抑制方法进行探究对于发展更加高效的ＰＥＲＣ电池具有非常重要的意 义。本文主要对单晶和多晶ＰＥＲＣ的光致衰减的机理和抑制光致衰减的方法做了 细致的探究，也对薄膜氧化铝对硅表面的钝化的机理做了系统的研究。 １．２研究的目的与内容 ＰＥＲＣ电池背表面采用氧化铝以及氮化硅双层钝化，减小了背表面的载流子 复合速率，同时也增强了背表面对光的反射，从而使得太阳能电池的转换效率得 到很大的提升［７４］。但是同时，ＰＥＲＣ电池也面临着严重的光致衰减（ＬＩＤ）的问 题，目前单晶ＰＥＲＣ电池的ＬＩＤ幅度达到５－１０％，其衰减机理主要归因于在光照 ２  第一章绪论  过程中硼氧复合体的形成，以及其良好的背钝化使得其有效少子寿命对体内少子 寿命的衰减更加敏感［２０＂２２］；多晶ＰＥＲＣ在光照下除了常规的硼氧复合体相关的光 致衰减（２－３％），同时也会在较高温度（５０－８０＜ £ ）下存在较大幅度的光致衰减， 其衰减达到５－１０％，这种新的光致衰减被称为ＬｅＴＩＤ（ＬｉｇｈｔａｎｄＥｌｅｖａｔｅｄ ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＩｎｄｕｃｅｄ Ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ），但是目前ＬｅＴＩＤ的衰减机理还未被探究清楚 ｔ２２＃。所以对单晶和多晶太阳能电池，尤其是ＰＥＲＣ电池的光致衰减机理和抑制 方法进行相关研究，以及对氧化铝对硅钝化机理的探究已经成为学术界和产业界 的关注的焦点。根据以上的讨论，本文的研究内容可以简单概括为以下几块 １、探究单晶硅的衰减机理，以及探究抑制单晶太阳能电池，包括单晶ＰＥＲＣ 电池光致衰减的抑制方法；探究多晶硅ＰＥＲＣ电池的ＬｅＴＩＤ的衰减机理，并且 探究抑制多晶ＰＥＲＣ电池的光致衰减抑制方法； ２、探究了氧化铝对ｐ－Ｓｉ的钝化玫果在光照下的变化情况，并对其钝化机理 作了相关探究； ３、探究薄膜Ａｈ〇３钝化硅表面的表面态能级分布，以及探究金属铜沾污后 表面态的能级分布和捕获界面的变化；并对氢钝化后的表面态能级分布和捕获界 面做了相关研究； １．３论文结构与提纲 本论文主要研究了ＰＥＲＣ电池的光致衰减以及氧化铝表面钝化效果在光照 下增强的效应，还有氫钝化对表面态的能级分布、态密度还有空穴捕获截面的影 响。如下是本文的具体安排。 第一章绪论，主要介绍了本文的研究．背景和意义，同时也对本文内容作一个 简单介绍； 第二章文献综述，主要介绍太能能电池的工作原理、晶体硅太阳能电池的光 致衰减、光致衰减的抑制、硅的表面态和表面純化还有目前存在的问题； 第三章实验样品和研究方法，主要介绍了本实验的所需要样品的制备方法， 以及实验过程中几种重要实验仪器的介绍； 第四章ＰＥＲＣ电池光致衰减的探究，主要介绍大电流注入法抑制单晶ＰＥＲＣ 和多晶ＰＥＲＣ的光致衰减 第五章氧化铝钝化的光致增强效应，主要介绍氧化铝的钝化效果在光照过程 中的增强效应，以及在黑暗过程中该增强的效应会消失，给出了两个过程的激活 能，以及对此现象做了相关的解释； ３  浙江大学硕士学位论文  第六章氢对表面态钝化效果研究，主要研究氢钝化前后Ａｈ〇３／ｐ－Ｓｉ界面态的 变化，以及铜沾污对表面态的影响和对氢钝化的影响。 第七章结论，介绍本文的结论以及文章的创新 ４  第二章文献综述  第二章文献综述 【摘要】本章主要介绍了太阳能电池的的制备和原理，晶体硅太阳能电池的光致 衰减和机理，光致衰减的抑制以及硅表面钝化和表面态。重点论述了晶体硅太阳 能电池的光致衰减和抑制，最后提出了一些有待解决的问题。 ２．１前言 煤炭、石油等化石燃料的使用会带来一系列的环境污染问题，同时这些化石 燃料在全球的总量也是有限的，这也使得能源危机问题变得日益严峻。所以可再 生能源的开发和利用引起越来越多人的重视。太阳能取之不尽用之不竭，因此能 将太阳能转化为电能的太阳能电池也成为学术和产业研究的重点， 目前Ｐ型晶体硅太阳能电池占据太阳能电池的大部分市场份额，其中采用背 表面钝化的ＰＥＲＣ电池的转换效率突破２３％，并且还有望得到进一步提升，ＰＥＲＣ 已成为光伏行业一致看好的一种太阳能技术，也有望成为行业的主流，因此受到 广泛的关注和研究。然而，ＰＥＲＣ电池也存在严重的光致衰减的问题，其光致衰 减可达到１０％，光致衰减严重的阻碍了ＰＥＲＣ电池转换效率的提升。因此对光致 衰减机理的探究以及抑制光致衰减方法的探索已经成为行业的研究热点；与此同 时，对Ａｈ〇３对硅表面钝化机理的研究也对进一步提升ＰＥＲＣ电池转换效率提升 至关重要。 本部分文献综述作如下安排２．２节介绍了太阳能电池的工作原理以及太阳 能电池的制备；２．３节介绍了光致衰减的机理和研究进展；２．４阐述了光致衰减的 抑制方法和研究进展；２．５介绍了太阳能电池的表面钝化以及表面态；２．６总结 前面的文献综述介绍，提出目前尚未解决的问题以及后面的发展方向。 ２．２太阳能电池的工作原理几种晶体硅太阳能电池的介绍 ２．２．１ ｐ－ｎ结 当一块ｐ型半导体和一块ｎ型半导体结合在一起，由于它们之间存在浓度梯 度差，从而使得ｐ型半导体中的空穴从ｐ区扩散到ｎ区，电子从ｎ区域扩散到ｐ 区。对于ｐ区，空穴扩散离开后，留下多余不可以移动的受主杂质，他们带负电， 因此会在ｐ型区域靠近结合区域一侧形成一个带负电的区域；而同理，在ｎ型区 域中，电子扩散离开后，留下不可移动的施主杂质，这些施主杂质带正电，会在 ５  浙江大学硕士学位论文  ｎ型区域靠近结合一测形成带正电的的区域；从而形成了ｐｎ结。通常情况下， 我们把ｐｎ结附近的这些电离的施主和电离的受主所带的电荷称为空间电荷，而 他们所在的区域称为空间电荷区。这些空间电荷会在空间电荷区产生由ｎ区指向 ｐ区的电场，我们称为内建电场。在内建电场的作用下，载流子会做漂移运动， 运动方向和它们的扩散运动相反，最终载流子的漂移和载流子的扩散达到动态平 衡，图２．１是ｐ－ｎ的简图［２４］。  １  １  １  ｊ －－ ｜ ＋＋，＇ ｜  Ｉ  ｜ ｐ Ｉ－＾ 丨＋＋ 丨 ｎ ｜ － Ｊ＋＋  ＼ 结 田２．１ｐ－ｎ结的空间电荷区 Ｆｉｇ．２．１Ｔｈｅｄｅｐｌｅｔｉｏｎａｒｅａｏｆ ｐ－ｎ ｊｕｎｃｔｉｏｎ 当给ｐ－ｎ结外加一个直流电压，其空间电荷区的少数载流子的浓度分布可表 示为［２５］， Ｐ－＾Ｖａ／ｌＴ （２．１） 以Ｄ ｎＰ  ＝ ＾ｅＶＶａ＇ｌＴ （２－２） 其中，为本征载流子的浓度，凡和ｊｙ〇分别为受主和施主的掺杂浓度，９为元电 荷电荷量，Ｆａ为在结上加的外加电压和内建电场的电势之差４为坡尔兹曼常数， ｒ为开尔文温度。从上述公示可知，在空间电荷区的少数载流子浓度随着外加电 压的增大而呈现指数的增加增大，由分析可知，少数载流子在准中性的区域内的 流动以扩散为主。在ｎ型区域内，少数载流子所形成扩散电流大小为 ＝￣９Ｄｈ ￣Ｔ （２－３） ａｘ 同理可知ｐ型区域的少数载流子的扩散电流大小为 Ｊｅ ＝￣ｑＤｅ －ｊ－ （２．４） ａｘ 其中￡＾和以分别为空穴和电子的扩散系数，办／＆为载流子的浓度梯度，空间 ６  第二章文献综述  电荷去的电流大小等于ｐ型和ｎ型区域边缘的扩散电流之和，那么由此可知空间 电荷去的电流大小为 ｊ＝ｊｈ＋ｊｅ  ＝ （ｑＤ