毕业设计（论文）-酸法制绒下减薄量对多晶硅太阳能电池片电性能的影响.doc

河南科技大学毕业设计(论文) 酸法制绒下减薄量对多晶硅太阳能电池片电性能的影响摘 要多晶硅太阳能电池的出现在很大程度上降低了材料的制作成本，然而其光电转换效率并没有单晶硅太阳电池的高。其中主要有两个原因：一方面是由于多晶硅材料具有晶界、高密度的位错、微缺陷和相对较高的杂质浓度，降低了有效少数载流子寿命；另一方面，多晶硅片表面的陷光效果要比单晶硅差，不能很好地吸收和利用太阳光。本实验采用酸法制绒工艺，通过控制多晶硅片的减薄量，研究绒面大小对多晶硅太阳能电池片电性能的影响，进而确定工艺参数提高多晶硅太阳能电池片的光电转换效率。结果表明：减薄量在0.35-0.4g时电池片的串并联电阻均最小，反射率最低，但由于此时的漏电流最大，使得最终光电转换效率低于理论值； 减薄量控制在在0.4-0.45g时，多晶硅太阳能电池片的串并联电阻较小，但此时的漏电流和反射率较小，使得多晶硅太阳能电池片的开路电压和短路电流达到最大，光电转换效率最高为15.7664%；减薄量在0.45-0.5g时，多晶硅太阳能电池片的串并联电阻均为最大，且反射率最高，使得最终光电转换效率最低。关键词：多晶太阳能电池片，酸法制绒，减薄量，光电转换效率，漏电流，反射率 the influence of corrosion quantity to the multi-crystalline silicon cellsperformance under the acidc ecthabstractmulti-crystalline silicon solar cells have greatly reduced the production cost of materials when it is appeared,but its eff is not higher than mon-crystalline silicon solar .there are two main reasons:on the one hand multi-crystalline silicon has grain boundaries、high-density dislocation、micro-defects and relatively higher impurities density,which reduced effective minority carriers life.on the other hand ,multi-crystalline silicon wafer surface of sink light effect is worse than mon-crystalline silicon.the experiment using acid corrosion process,through the control of multi-crystalline silicon wafers corrosion quantity ,researches how the suede size influence the multi-crystalline silicon cellsperformance,then determine process parameters to improve solar-cells photoelectric conversion efficiency.the results show that:when the corrosion quantity is between 0.35g and 0.4g, rs and rsh are both minimum， the reflctivity is lowest ，but the irev is maximum，so the photoelectric conversion efficiency is lower than theortical.when the corrosion quantity is controled between 0.4g and 0.45g,the rs and rsh are both lower than the former，but the irve and reflectivity are both smaller，so that the uoc and isc of the multi-crystalline silicon cells both reached maximum and the highest photoelectric conversion efficiency is 15.7664%. when the corrosion quantity is controled between 0.45g and 0.5g，the rs and rsh are both maximum and the reflectivity is the highest，so that the photoelectric conversion efficiency is lowest.key words:multi-crystalline silicon solar cells ,acidc ecth ,corrosion quantity ,photoelectric conversion efficiency ,irve ,reflctivity符号表ff 填充因子umpp 最佳电压 impp 最佳电流 uoc 开路电压 isc 短路电流 eff 转换效率 e 光照强度 s 硅片面积 irve 漏电流 目 录第一章 绪 论11.1太阳能电池概述11.1.1太阳能电池11.1.2太阳能电池的分类21.1.3太阳能电池的发展趋势21.2多晶硅太阳能电池片的制造工艺过程31.2.1多晶硅太阳能电池片的清洗制绒31.2.2多晶硅太阳电池片绒面减反射原理31.2.3多晶硅表面酸腐蚀制绒机理41.2.4太阳能电池各物理量之间的关系51.2.5多晶硅表面酸腐蚀制绒的国内外研究动态5第二章 实验方法和过程72.1实验采用的原料和设备72.2实验工艺程82.2.1硅片的清洗82.2.2扩散82.2.3刻蚀去磷硅玻璃层92.2.4 pecvd镀膜102.2.5丝网印刷112.2.6测试11第三章 实验结果与分析133.1串连电阻的分析133.2不同减薄量对并联电阻的影响133.3漏电流和短路电流的分析143.4不同减薄量对开路电压的影响153.5反射率的分析163.6不同减薄量下的转换效率的影响15结 论19参考文献20致 谢2222河南科技大学毕业设计(论文) 第一章 绪 论1.1 太阳能电池概述1.1.1 太阳能电池太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应。硅材料是一种半导体材料，当光线照射到太阳能电池表面时，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了跃迁，成为自由电子在p-n结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。这个过程的的实质是：光子能量转换成电能的过程。目前，太阳能电池的应用已从军事领域、航天领域进入工业、商业、农业、 通信、家用电器以及公用设施等部门，尤其可以分散地在边远地区、高山、沙漠、海岛和农村使用，以节省造价很贵的输电线路。太阳电池片的主要电性能参数 （一）开路电压uoc：即将太阳能电池置于标准光源照射下，在两端开路时，太阳能电池的输出电压值，可用高内阻的直流毫伏计测量太阳能电池的开路电压。(二) 短路电流isc：将太阳能电池置于标准光源的照射下，在输出端短路时，流过太阳能电池两端的电流。(三) 串联电阻rs：即为串联电阻：包括电池的体电阻、表面电阻、电极电阻、电极与硅表接触电阻等。串联电阻rs越高，填充电流下降越多，填充因子减少的越多。(四) 并联电阻rsh:由于硅片边缘不清洁及内部缺陷引起。rs很小，rsh很大，理想情况下可以忽略，ish很小。串并联电阻对填充因子影响很大。(五) 填充因子ff :最大输出功率与开路电压和短路电流乘积之比。ff是衡量太阳能电池输出特性的重要指标，是代表太阳能电池在最佳负载时，能输出的最大功率的特性，其值越大表示太阳能电池的输出功率越大。ff的值始终小于1。(六) 转换效率eff：太阳能电池的转换效率指在外部回路上连接最佳负载电阻时的最大能量转换效率，等于太阳能电池的输出功率与入射到太阳能电池表面的能量之比。1.1.2 太阳能电池的分类太阳能电池按结晶状态可分为结晶系薄膜式和非结晶系薄膜式两大类，而前者又分为单结晶形和多结晶形。 太阳能电池根据所用材料的不同，还可分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池，其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。硅太阳能电池分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能三种。单晶硅太阳能电池片的生产工艺技术已日趋成熟，由于其较高的原料和加工成本使得单晶硅的利润空间越来越小，这就使得一些企业把目光转向多晶硅太阳能电池片制造工艺的研究与生产。1.1.3 太阳能电池的发展趋势当前，在全球能源价格不断攀升和温室气体减排的呼声不断增大的形势下，太阳能电池作为可再生替代能源，有强大竞争力，市场需求将进一步增加，前景十分可观。太阳能电池自问世以来，晶体硅太阳能电池一直在世界光伏市场居统治地位，占太阳能电池总产量的80%90%。晶体硅太阳能电池以其丰富的原材料资源和成熟的生产工艺成为太阳能电池研发和产业化的主要方向。当前影响光电池大规模应用的主要障碍是它的制造成本太高。在众多发电技术中，太阳光发电仍是花费最高的一种形式，因此，发展太阳光发电技术的主要目标是通过改进现有的制造工艺，设计新的电池结构，开发新颖电池材料等方式降低制造成本，提高光电转换效率。近年来，光伏工业呈现稳定发展的趋势，发展的特点是：产量增加，转换效率提高，成本降低，应用领域不断扩大。为了降低制造成本，提高太阳能电池的光电转换效率，目前主要从以下几个方面着手：（一）表面制绒和蒸镀减反膜，增加光的入射，减小反射。（二）采用聚光系统，增加光的辐照度，从而提高太阳能的利用率，这就是我们常说的聚光太阳能电池。（三）采用新型的太阳能电池结构。比如南京中电电气的选择性发射极太阳能电池、无锡尚德的pluto冥王星电池、日本三洋公司的hit太阳能电池、美国sun power公司的全背接触太阳能电池，特别是后两者实际工厂生产的效率已经达到20%，最近sun power在马来西亚的工厂生产的电池效率更是达到24%。（四）新理论太阳能电池（第三代太阳能电池）。比如热载流子太阳能电池，超晶格等等。1.2 多晶硅太阳能电池片的制造工艺过程装片清洗制绒扩散刻蚀去磷硅玻璃pecvd镀膜丝网印刷烧结分类检测包装1.2.1 多晶硅太阳能电池片的清洗制绒多晶硅太阳能电池的出现在很大程度上降低了材料的制作成本，然而其光电转换效率并没有单晶硅太阳电池的高。其中主要有两个原因：一方面是由于多晶硅材料具有晶界、高密度的位错、微缺陷和相对较高的杂质浓度，降低了有效少数载流子寿命；另一方面，多晶硅片表面的陷光效果要比单晶硅差，不能很好地吸收和利用太阳光。而前者是由材料本身的特性所决定，很难在不增加成本的情况下进行改善。因此，研究者把焦点集中在用多晶硅片的表面制备绒面以增加太阳能电池对太阳光的吸收，从而提高电池的转换效率。目前，多晶硅绒面的制备技术主要有机械刻槽1和各向同性酸腐蚀。机械刻槽和等离子刻蚀2制备出的绒面陷光效果非常好，但需要相对复杂的处理工序和昂贵的加工系统，不能满足大批量生产的要求3酸腐蚀绒面技术可以比较容易地整合到当前的太阳能电池片处理工序中，而且应用起来基本上是成本最低、最有可能广泛应用的多晶硅太阳电池绒面技术。因此，本文对酸腐蚀制绒技术下不同减薄量时多晶硅太阳能电池片电性能参数的研究，在提高多晶硅太阳电池的效率转化方面具有十分重要的意义1.2.2 多晶硅太阳电池片绒面减反射原理多晶硅片由不同晶粒构成，各个晶粒的晶向是随机分布的，采用传统的单晶硅表面织构化的各向异性碱腐蚀方法在多晶硅表面并不能得到理想效果的绒面。因此，研究者提出了利用非择优腐蚀(各向同性腐蚀)的酸性腐蚀剂，在多晶硅表面制出理想效果的绒面结构4，绒面的减反射原理如图1所示。i0.67i0.22i0.11i0图1-1 绒面的减反射原理这种类似于球面结构的绒面比平整化学抛光的硅片具有更好的减反射效果，当一束光线照射在平整的抛光硅片上时，约有30%的太阳光被反射掉。如果光线照射在这种倾斜的表面上，反射光线会进一步照射到相邻的面上，这样就减少了太阳光的反射；同时，反射光线会进一步地折射入多晶硅体内，增加了光线被吸收的机会，从而提高光生电流密度5。1.2.3 多晶硅片表面酸腐蚀制绒机理一般认为，多晶硅片的酸腐蚀过程分两步进行。第一步为硅的氧化过程：利用通电流的方式，或者用一些氧化剂如hno3等强酸实现多晶硅的氧化；此过程中，在多晶硅片的表面产生致密的不溶于hno3的sio2层，使得hno3和硅隔离，将导致反应停止。反应式为：3si+4hno3=3sio2+2h2o+4no 第二步为sio2的溶解过程：通常用hf与sio2生成可溶性的h2sif6；导致sio2层的溶解，从而实现hno3对多晶硅片的腐蚀。反应式为：sio2+6hf=h2sif6+2h2o为了深入分析多晶硅的腐蚀机理，将该腐蚀看作是局部电化学的过程6-7：在反应发生的地方形成了阳极(si的溶解反应)和阴极(hno3的消耗反应)，反应过程中有电流在它们之间流过。si在阳极得到空穴(失去电子)后升到较高的氧化态(成为正离子)，即：si+2h+si2+，这种空穴是由hno3在局部的微阴极处被还原而产生。腐蚀液中水电离出的oh与si2+ 结合：si2+2ohsi(oh)2；接着si(oh)2分解放出h2形成sio2，即si(oh)2一sio2+h2，以上反应总的结果是si被氧化形成sio2。然后，腐蚀液中存在的hf会立即与sio2反应。hf在腐蚀液中一方面能提供f与sio2中的si结合生成sif62-络离子；另一方面又能提供h+与sio2中的氧结合生成h2o。以上总的反应式如下：阳极：si+2h2o+nh+sio2+4h+(n-4)h+sio2+6hfh2sif6+2h2o阴极：hno3+3h+no+2h2o+3h+总反应式为：3si+4hno3+18hf3h2sif6+4no +8h2o1.2.4 太阳能电池片各物理量之间的关系 太阳能电池片的内部串联电组rs与并联电阻rsh为影响太阳能电池输出特性的最主要因素。rs与rsh对输出特性有不同的影响，其中rs越大则短路电流会越小，但几乎不会对开路电压造成影响；而rsh越大则开路电压会越小，但并不会影响到短路电流。在发电效率上，由于正常操作条件下，太阳能电池的输出电压与电流变化中，似乎输出电流对输出功率的影响程度会较大，加上影响开路电压的因素除了rsh外还包括二极管的电流值，因此rs对太阳能电池发电效率影响较为明显，而rsh的影响则比较不明显。1.2.5 多晶硅表面酸腐蚀制绒的国内外研究动态目前，太阳能光伏市场中多晶硅太阳电池所占据的份额是最大的。但是多晶硅太阳电池的效率总体上没有单晶硅太阳电池的高。要缩小多晶硅太阳电池与单晶硅太阳电池之间效率上的差距，提高多晶硅片表面对光的吸收是最有希望的办法，也就是采用绒面技术。目前，已经出现的多晶硅绒面技术主要有机械刻槽、等离子蚀刻和各向同性的酸腐蚀。其中，酸腐蚀绒面技术可以比较容易地整合到当前的太阳电池处理工序中，应用起来基本上是成本最低的，是最有可能广泛应用的多晶硅太阳电池绒面技术8。关于多晶硅太阳电池绒面制作方法，国内中山大学利用激光束在多晶硅片表面密集扫描，使扫描区域内的硅材料发生熔融、气化和溅出反应，在多晶硅片表面形成微米级的凹凸结构，经化学处理后的最佳表面反射率可以达到10%9；常州天合光能有限公司首先在硅片表面随机喷涂二氧化硅或光阻材料保护颗粒，然后将硅片置于氢氟酸和硝酸的混合液中制绒，喷涂在硅片表面的颗粒作为刻蚀保护层降低此处反应速率，从而降低硅片表面的平整度和反射率10；厦门大学在预处理后的多晶硅硅片表面的光刻胶材料上进行全息记录（光学元件为全息光栅），经曝光、显影制作二维周期性微结构，以光刻胶为结构模版，采用酸性腐蚀液将六角周期性的微结构图样制作进硅材料11。 国外bharat heavy electricals ltd采用自掩膜（self-masking）和低能量反应离子刻蚀（rie）工艺制绒，表面形成随机分布的纳米结构，电池最大效率由12.7%（未用rie）提高到达15.1%12； 韩国univ korea ind&academic collaboration的太阳能电池硅片表面制绒方法包括模板制备，即首先制备包含系列凹部的模具，将模板熔体沉积在模具上然后硬化，除去模具获得包含与所述凹部对应之空洞的模板，以模板作为掩膜对多晶硅基体进行蚀刻，模板包含聚二甲硅氧烷13。第二章 实验方法和过程2.1 实验采用的原料和设备表2-1 实验所用的仪器和设备设备名称及型号生产厂家rena intex 制绒机德国rena公司华科hc1000型浓度分析仪北京华科电子仪器开发中心wt1000型反射率测试仪c&s德国传感技术控制中心mc010-hvs-50z型显微镜上海研润光机科技有限公司centrotherm扩散炉e2000 ht 300-5 德国 centrotherm photovoltaics ag公司sdy-4型四探针测试仪上海华研仪器设备有限公司少子寿命测试仪wt-2000型匈牙利semilab公司rena inoxside湿法刻蚀机韩国rena公司gp solar电阻测试仪德国centrotherm photovoltaics agrouth&rau sina xxl烧结炉德国roth&rau公司j.a.woollam椭偏仪美国莱特太平洋公司baccini印刷机意大利baccini公司despatch烧结do-ff-hto-12.500-300美国despatchindustries公司halm 测试仪cetispv-ct-f1德国halm公司其他：电子天平、pvc手套、口罩、防护服、防护眼罩、防护套袖、橡胶手套、防水胶鞋、石英舟、防热手套、橡胶手套、防酸碱胶鞋、石墨框、吸笔、不锈钢桌架、fortix机械手、自动搅拌机、搅拌器、载片盒、网版除塞剂、无尘布、刮刀、托盘。表2-2 实验所用原材料名称分子式量纯度生产厂家si4099.9999%浙江省尖山光电股份有限公司2.2 实验工艺过程2.2.1 硅片的清洗 工艺条件要求：hno3（65%、电子级）、hf（40%、电子级）、koh（50%、电子级）、hcl（37%、电子级）、di水（大于15 mcm、6bar）、冷却水（4bar）、压缩空气（6 bar，除油、除水、除粉尘）、排风（0.01bar）、环境温度2030、相对湿度4060。（一）实验前样片称重并记录 用电子天平称量三组每组100片腐蚀前硅片的质量，将此质量按顺序填写在工序腐蚀深度记录表中，同时记录好称重时间、硅片数（即称重时设备从维护结束已生产的硅片数）、工艺条件（如腐蚀温度、传输速度等参数）。 （二）通过调整滚轮速度和补液量来控制减薄量 本实验分三组，要求控制减薄量分别在0.35-0.4g，0.4-0.45g，0.45-0.5g。 （三）制绒 在上料端将实验片依次放入rena清洗机的传送带上，硅片依次通过工艺槽、水洗1槽、碱槽、水洗2槽、酸槽、水洗3槽、干燥后经 fortix机械手下料。 （四）制绒后称重 通过电子称称量制绒后硅片的重量，依次填入表格，利用电子表格的公式直接求出绒面大小、腐蚀深度等值。 （五）观察绒面 每组随机抽取10片用显微镜观察试验片的绒面，观察三组硅片绒面情况。 2.2.2 扩散工艺条件要求：冷却水压强为0.6mpa,氧气压强为40psi，氮气压强为40psi,压缩空气压强6kg/cm2，温度从840-860，源温控制器温度20( psi为磅/平方英寸)。（一）将清洗后合格的硅片小石英舟（carrier）加载到机械手input平台，机械手自动装载硅片到扩散炉slider，扩散炉自动运行slider加载硅片到炉管，扩散炉按照设定工艺程序自动运行工艺，直至全过程结束。（二）扩散结束后，待硅片冷却后方可对硅片进行抽取测量，以检查扩散情况是否符合要求。（三）从source区到load区顺序依次取出硅片，使用四探针测试仪对硅片的源面进行方块电阻测量，其测量标准如图2-1所示。123654789图2-1 方块电阻测量标准（四）方块电阻的平均值控制在602/sq，其中单片范围应该在45-60/sq之间，在全部90个点中允许有不多于4个点超出此范围。（五）将每组中不符合要求的硅片挑出，不再流向下工序。2.2.3 刻蚀去磷硅玻璃层 工艺条件要求：合格的多晶硅片（扩散后）、h2so4（98%，电子级）、hf（49%，电子级）、koh（45%,电子级）、hno3（68%，电子级）、di水（2.02.5bar）、压缩空气（6 bar，除油，除水，除粉尘）、冷却水（0.5 bar，进水温度1520，出水温度3040）、city water（1.52.5bar）等。（一）称重 利用电子天平称量每组试验片腐蚀前硅片的质量，将此质量按顺序填写在工序腐蚀深度记录表中，同时记录好称重时间、硅片数、工艺条件（如腐蚀温度、传输速度等参数），并按照顺序装片投入腐蚀槽运行工艺。（二）刻蚀后按照顺序取出此称重硅片，再称量腐蚀后硅片的重量，填入表格，利用电子表格的公式直接求出腐蚀深度值。硅片的单面腐蚀深度（平均值）为1.20.2，允许有一片或者2片的腐蚀深度不在该范围内。（三）测刻蚀宽度 每片测量四点，测量点在每边的中间点，要求每片四点所测刻蚀宽度平均值1mm。（四）测绝缘电阻 要求绝缘电阻平均值。如果绝缘电阻较低，可以适当降低传输速度，或进行适当的手动补液处理。（五）将每组中不符合要求的硅片挑出，不再流向下工序。2.2.4 pecvd镀膜工艺条件要求：冷却水压强为0.5mpa,氮气压强为40psi,压缩空气压强5kg/cm2，硅烷压强为20psi,氨气压强为40psi,温度400，psi表示磅每平方英寸。（一） 镀膜 由fotix机械手自动装载硅片，经pe设备镀膜后自动卸载。（二） 测膜厚和折射率 测试方法：a使用椭偏仪，按要求统一由北向南的顺序取片。b测片顺序（见图2-2）由南至北即由e-a，每片按下图5个点的顺序进行测试。c测试完后把数据整理并做好记录。a1 b 2 5 4 3 cde 北图2-2测膜厚和折射率的测片顺序（三）将每组中不符合要求的硅片挑出，不再流向下工序。2.2.5 丝网印刷工艺条件要求：印刷烘干压缩空气压力6bar，流量800nl/min,真空流量80m3/h, 压力600mmhg，烧结冷却水：ph值 7.2-7.6 ， 入水温度16-20,压力150psi,流量10gpm；压缩空气:流量2700scfh,压力60-70psi；（一）未印铝浆的三组试验片依次放在电子秤上对其进行称量，将秤重后的硅片放入运行中的传送带上，并记好印刷时印刷台号。（二）印完后将该硅片取下，放在去皮后的电子秤上对其进行秤量。测得的值应在规定值范围内。印刷重量印一0.08g印二1.85g印三0.2g并做好记录。铝浆印刷量应为：156*156mm的电池片单片背面铝浆的重量为:美国cermet 6214:1.5-1.6g，儒兴8204/8201：1.4-1.55g。各型号的银浆在156*156mm的电池片上的印刷量为0.220.28g。（三）将每组中不符合要求的硅片挑出，不再流向下工序。2.2.6 测试待测电池片在模拟太阳光源（氙灯）的照射下，通过改变负载电阻的阻值从而得到电池片的开路电压、短路电流、并联电阻、串连电阻。然后通过计算得出电池填充因子、效率等参数 。 氙灯的光谱在太阳能范围内（300nm1050nm）与太阳的光谱非常接近，因此选用氙灯作为模拟光源14。由于半导体材料“硅”对温度的变化是非常敏感的，因此，在测试系统中有温度矫正电压系数、温度矫正电流系数15。在测试系统中温度对电压的矫正系数为负值（-0.0032），即温度越高电压越低，而温度对电流的矫正系数为正值（0.0002）。（一）校正 1.将一片标准电池片放在探针下，在手动模式下将电池片对准并将探针压下，注意探针要完全压在电池主栅线上，不能有偏差。2. 在操作软件中选择“settings” “operate mode” “manager” , 在这个模式下才能进行标准的校正。3.在标准工具栏内点击黄色三角按钮进行测试，这时测试的结果将保存到相应的数据库内。4.在主界面中选择“measurement”“edit monitor cells”在edit monitor cells界面中name 栏里填写 default 或者 填写需要的名称。然后点击“edit”按钮，进入“monitor cell”界面，然后点击“calibrate”按钮，进入“calibrate monitor cell”界面，选择 isc 选项，清除掉里面的数据，然后填写上标准电池标称的实际电流值，然后点击ok按钮。5. 在主界面的标准工具栏内再次点击黄色三角按钮进行测试，这时这是所显示的数值即为校正过的值，可以多点击几次，直到所测量的结果与标准电池上标称的值一直为止，其误差不应超过所要求的偏差即：电压uoc0.004v,电流isc 0.02a,效率eff 0.2 。6.校正结束后将操作模式改回自动，点击红色按钮开始自动测量。将至少3片标准片放到传送带上自动测量，观察在自动模式下标准片的电池效率及电学参数是否在误差允许的范围内。如果没有超出误差允许的范围即可正常生产，如果偏差过大，需要重新校正标准，重复步骤1 6。 （二）将三组实验片依次在halm 测试仪中进行测试并记录每片硅片的开路电压、短路电流、并联电阻、串连电阻，然后通过计算得出电池片填充因子、效率等参数。填充因子计算公式： ff= （2-1）效率计算公式： eff=*s （2-2）ff填充因子umpp最佳电压（v）impp最佳电流 （a）uoc开路电压（v）isc短路电流（a）eff转换效率（%） e光照强度 （w/） s硅片面积 （）第三章 实验结果与分析3.1 串联电阻的分析0.45-0.5rs/0.35-0.40.4-0.450.00230.00240.00250.00260.00270.00280.00291group图3-1 不同减薄量下每组90片多晶硅电池片的串联电阻平均值（酸蚀） 串联电阻的影响因素比较多，原材料电阻率，扩散方块电阻，浆料和欧姆接触等等16。由图3-1可以看出：减薄量在0.35-0.4g和0.4-0.45g两区间，对应串联电阻平均值相差不多；而减薄量在0.45-0.5g时串联电阻平均值最大，造成这种现象的原因是由于实验后期烧结炉不稳定波动较大烧结不充分，正面栅线的欧姆接触不好造成的。3.2 不同减薄量对并联电阻的影响0.45-0.50.35-0.40.4-0.45010203040506070801grouprsh/图3-2不同减薄量下每组90片多晶硅电池片并联电阻平均值（酸蚀）由图3-2可以看出：减薄量在0.35-0.4g时，并联电阻的平均值最小。通常绒面制绒深度不够或扩散面受到污染时会使并联电阻降低，造成本组是现象的原因是硅片表面的制绒深度不够；减薄量控制在0.4-0.45g时，对应并联电阻较大；减薄量在0.45-0.5g时并联电阻平均值最大，说明并联电阻随制绒深度的增加而增加，而随并联电阻增加开路电压降低，相应太阳能电池片的输出功率也会降低，因此应控制制绒深度不宜过大。3.3 漏电流和短路电流的分析0.35-0.40.4-0.450.45-0.50.00230.00240.00250.00260.00270.00280.00291groupirve/a图3-3不同减薄量下每组90片多晶硅电池片漏电流平均值（酸蚀）0.35-0.40.4-0.450.45-0.57.87.857.97.9588.051groupisca图3-4不同减薄量下每组90片多晶硅电池片短路电流平均值（酸蚀）漏电流:pn结在截止时流过的很微小的电流。表面损伤制绒不够或制绒太过都会留下表面损伤或产生新的表面损伤，相当于引入middle bandgap defects,增加漏电流。漏电流是pn结质量好坏的一个重要标准，漏电越大，isc会有所下降。由图3-4可以看出：减薄量在0.35-0.4g时，漏电流最大，短路电流的平均值较小。减薄量在0.45-0.5g时漏电流最小而短路电流平均值也小，造成这种现象的原因有多种，如isc减反膜减反效果不好，入射光强就下降了，当然光生载流子减少，isc下降，另外短路电流受串联电阻影响且串联电阻越小短路电流越大。造成本组实验现象的主要原因是由于绒面的影响，减薄量过大，腐蚀深度较深，减少了电池片对光的接收面积，难以形成陷光结构不利于光的吸收。3.4 不同减薄量对开路电压的影响0.35-0.40.4-0.450.6060.60650.6070.60750.6080.60850.6090.60951groupuoc/v0.45-0.5图3-4 不同减薄量下每组90片多晶硅太阳能电池片开路电压的平均值（酸蚀）由图3-4可以看出：减薄量在0.35-0.4g时，开路电压的平均值最小。造成开路电压比较低的原因，主要由以下几点：（一）材料本身质量比较差，电阻率比较大，厚度比较厚等；（二）清洗腐蚀不彻底，绒面深度不够造成表面织构化不好或刻蚀未透导致并联比较小17；（三）扩散清洁度比较差；（四）钝化比较差；（五）背电场bsf比较差。减薄量在0.35-0.4g时测得的并联电阻最小，说明造成本组实验现象的原因主要是第二种；减薄量控制在0.4-0.45g时，对应开路电压的平均值最大为0.6088，说明在0.4-0.45这个区间清洗硅片表面的机械损伤层腐蚀彻底，表面织构化好；减薄量在0.45-0.5g时开路电压平均值小于减薄量在0.4-0.45g时的开路电压，这是由于制绒时腐蚀过度，得到的绒面结构不均匀造成的。3.5 反射率的分析 (a)0.35-0.40.4-0.450.45-0.519202122232425261groupreflection/ reflection/% (b)0.35-0.40.4-0.450.45-0.52122232425261group 图3-5不同减薄量下每组90片太阳能电池片表面反射率（酸蚀）（a）：上表面（b）：下表面太阳电池片的表面反射率是影响太阳电池片光电转换效率的重要因索之一。通过制绒，在太阳电池片表面织构化可以有效降低太阳电池片的表面反射率，入射光在电池片表面多次反射延长了光程，增加了对红外光子的吸收，而且有较多的光子在p-n结附近产生光生载流子，从而增加了光生载流子的收集几率18；另外同样尺寸的基片，绒面电池的p-n结面枳较大，可以提高短路电流，效率也有相应的提高。由图3-6知，减薄量在0.35-0.4g时，太阳能电池片的反射率最低，随着减薄量的增加，太阳能电池片上下表面的反射率呈上升趋势，这是因为随制绒深度的增加，太阳能电池片对太阳光的接收面积减小，因此反射率增大，而反射率越大，表明太阳能电池片对太阳光的利用率越低，造成能源的浪费，所以减薄量不宜太大。3.6 不同减薄量下的转换效率的影响0.35-0.40.4-0.450.45-0.50.1510.1520.1530.1540.1550.1560.1570.1581groupeff%图3-6不同减薄量下每组90片多晶硅太阳能电池片光电转换效率平均值（酸蚀）太阳能电池片的转换效率指在外部回路上连接最佳负载电阻时的最大能量转换效率，等于太阳能电池片的输出功率与入射到太阳能电池片表面的能量之比19。转换效率的大小是衡量太阳能电池片性能的标准20。由图3-6知减薄量在0.45-0.5g时光电转换效率最低为15.383%，减薄量在0.4-0.45g时光电转换效率最高为15.7664%，减薄量在0.35-0.4g时光电转换效率介于二者之间15.639%，这说明太阳能电池片的光电转换效率与减薄量之间并不是单纯的线性关系20，而是存在一个减薄量区间，使得在这区间内的太阳能电池片的光电转换效率最大。结果分析：减薄量在0.35-0.4g时，rs和rsh均为最小，理论上可知此时多晶硅电池片的uoc和isc最大，由于输出功率p=uoc*isc，因此此时的输出功率也应该最大，但由于减薄量在0.35-0.4g时的漏电流较大，使得isc降低，输出功率也随之降低，多晶硅太阳能电池片吸收的太阳光能虽然多但大部分以漏电流的形式损耗掉，因此光电转换效率较低。减薄量在0.4-0.45g时，rs和rsh均较小，理论可知此时的uoc和isc均较大，但由于此时多晶硅太阳能电池片的漏电流较小，使得isc变的更大，虽然此时多晶硅太阳能电池片对太阳光的反射较大，但多晶硅太阳能电池片吸收的光能较大一部分能够转换成电能，因此此时的光电转换效率最高为15.7664%。减薄量在0.45-0.5g时，测得rs和rsh均为最大，理论知此时uoc和isc均最小，输出功率p最小，尽管此时电池片的漏电流最小，多晶硅太阳能电池片吸收的光能中一大部分能够转换为电能，但此时的多晶硅太阳能电池片对太阳光的反射率最高，也就是吸收的光能最低，使得最终的光电转换效率最低。通过本实验的探究将多晶硅太阳能电池片的光电转换效率由原来的介于15.4%-15.5%之间，提高到15.7664%。这就将多晶硅太阳能电池片的等级提高了两个等级，使得电池片的价值由原来的10-12元片提高到15-18元片，为公司创造了较大的利润空间。结 论1. 本实验通过对减薄量对多晶硅太阳能电池片电性能的影响的探究，最终确定了最佳减薄量区间为0.4-0.45g，在此区间内测得rs和rsh均较小，理论上uoc和isc均较大，由于此时多晶硅太阳能电池片的漏电流较小，使得isc变的更大，虽然此时多晶硅太阳能电池片对太阳光的反射较大，但多晶硅太阳能电池片吸收的光能较大一部分能够转换成电能，因此得到最高光电转换效率为15.7664%。2. 本实验属于探究性试验，减薄量的区间划分以0.05g为间隔，得到最佳减薄量区间。建议在0.4-0.45g的实验基础上将减薄量区间的划分间隔设为0.01g再来探究减薄量对多晶硅太阳能电池片电性能的影响及光电转换效率。参考文献1 gerhards c,marckmann c,tone r,et a1.mechanically v-textured low cost multi-crystalline silicon solar cells with a novel pr-inting metallization c/proc of the 26th photovohaic special-ists conference.anaheim,ca，usa,1997,23（7）:43-46. 2 ruby d s,zaidi s h,narayanan s,et a1.rie-texturing of industrial mul-ticrysta1line silicon solar cellsj.so1.engrgy eng,2005,127(1):146-149.3 park s w ,kim j.application of acid texturing to multi-crystalline silicon wafersj.journal of the korean physical society,2003,43(3):423-426.4 nishimoto y,ishihara t,namba k.investigation of acidic texturization for multicrvstalhne silicon solar cellsj.journal of the electro-chemical society,1999,146(2):457-461.5 杨德仁.太阳电池材料m.北京:化学工业出版社,2008:57-59. 6 shih s,jung k h,hsieh t y,et a1.photoluminescenee and formation mechanism of chemically etched siliconj.apply phys lett,1992,60 (15):163-165. 7 阙端麟,陈修治.si材料科学与技术m.杭州:浙江大学出版社,2001:246-248.8 王涛.多晶硅太阳电池的酸腐蚀绒面技术:毕业论文 .湖南长沙:国防科技大学自动化学院,2006,20-22.9 中山大学.一种