能源紧缺、环境破坏使得清洁能源的太阳能电池在全球范围内受到极大的关注,很多国家及民间组织投入了大量人力及财力开发和生产属清洁能源的太阳能电池;一直以来,太阳电池研究的两个任务就是降低成本和提高转化效率,通过各种减反射膜和硅表面织构化技术改进电池的光学性能是提高太阳电池性能的一条重要途径;除此之外,利用各种新型纳米结构,以实现高转换效率、低生产成本的第三代太阳电池。
目前基于硅材料的纳米线太阳电池主要开展了以下研究:(1)纳米线结构作为减反层(2)轴向和径向p-n结(或p-i-n)纳米线电池(3)单根纳米线电池。
总体来说利用低品质硅材料上制作径向硅纳米线太阳电池,或在氧化锌纳米线上生长非晶硅薄膜,有利于提高光吸收,提高电池效率,降低电池的材料成本,但目前,Si 基纳米线太阳电池的研究尚处于实验室阶段,而且效率较低,在5 %左右。其中研究较多的是在硅基底上通过各种方法形成纳米线,然后通过扩散形成pn电池结构;或在硅纳米线外再利用气相化学沉积方法制备非晶硅薄膜,制成pin电池结构,径向p-n结虽然有利于载流子的收集,并且被理论预计有较高的转换效率,但较高的表面复合速率和较差的电极接触造成了纳米线电池的低效率。
纳米硅薄膜是一种呈现量子化效应的半导体材料,具有比非晶硅薄膜更优越的性能,纳米晶硅是纳米尺寸的晶粒和非晶硅的混合体,相对于非晶硅,其载流子迁移率高,吸收系数高,通过调节晶化率,纳米晶粒的尺寸和薄膜中氢的含量,可以在较大范围内调节纳米硅薄膜的平均禁带宽度,从而提高纳米硅薄膜对光谱的吸收范围。
飞秒检测配方还原
1)选用ITO玻璃衬底,方块电阻10 Ω;
醋酸锌和柠檬酸按摩尔比为1:1 混合,无水乙醇作溶剂,超声溶解配制成0.4 M的ZnO 透明匀质溶胶,陈化2天,用旋涂方法涂在衬底上,在快速退火炉中退火,退火条件:350oC,10 min;重复该过程10次,再放入加热炉中,在550 oC下加热2小时,制备氧化锌(ZnO)种子层。
2)利用硝酸锌,硝酸铝,二亚乙基三胺和水,超声溶解配成0.004 M前驱液,前驱液中Al和Zn的摩尔比为2.5%;将上述有种子层的衬底浸在前驱液中,在95℃温度下保持6小时,取出后去离子水和乙醇清洗数遍,去除有机残留物,在70oC温度下烘干2小时。制备成AZO纳米线。
3)利用管式炉在Ar/H2(97/3)混合气氛下,400℃退火2小时,以提高结晶性能和电学性能。
4利用PECVD生长一层5nm厚的n型纳米硅层:
生长条件:氢稀释比为95 %的硅烷,硼烷的的稀释比[PH3]/ [PH3+ H2]是0.5 %。生长温度250℃,硅烷流量10 sccm,磷烷流量3 sccm,氢流量50 sccm,射频功率80 W。
5、利用PECVD生长20 nm厚的本征纳米硅层:
生长条件:氢稀释比为95%的硅烷,生长温度250℃。硅烷流量10 sccm,氢
流量70sccm,射频功率70 W。
6、利用PECVD生长一层5 nm 厚的p型纳米硅层:
生长条件:氢稀释比为95 %的硅烷,硼烷的的稀释比[PH3]/ [PH3+ H2]是0.5 %。生长温度250℃,硅烷流量10 sccm,硼烷流量1 sccm,氢流量80 sccm,射频功率100 W。带隙1.78 eV。
7、利用ALD技术生长一层2 nm厚的Al2O3层
沉积条件:在反应腔室先通入Al(CH3)3(TMA)2 s,氮气清洗2s,再通水700 ms,氮气清洗1 ms,。重复上述过程30 次,反应温度200℃。
8、利用ALD技术生长10 nm厚的AZO层
沉积条件:反应温度200℃,在反应腔室通入Zn(CH2CH3)2 (DEZ)1 s,氮气清洗1.5 s,通水500 ms,氮气清洗1s,重复上述过程20 次后,再通入Al(CH3)3(TMA)1.5 s,氮气清洗2s,通水500 ms,氮气清洗1s,完成一个循环;
重复上述循环5次,完成纳米线太阳电池的制备。
最后进行电池的性能测试,在AM1.5,100mW/cm2标准光强的照射下,硅纳米线太阳电池样品的开路电压0.68 V,短路电流17.2 mA,填充因子0.69,效率为8.07 %;由于采用了高氢稀释比的PECVD生长工艺,采用了优化的ALD工艺参数,获得优质的纳米硅层和钝化层,并且在p层/AL2O3界面处形成了负电荷层,提高了收集效率,同时AZO层的良好覆盖,也提高了电接触性能,从而有效提高了nip纳米线电池的转换效率。
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科技创新券的补贴额度是多少?
在同一个申报周期内,申请创新券使用额度累计不超过20万元,具体补贴金额按不高于使用创新券购买服务实际发生金额的50%比例核定,其中,购买研究开发类服务高补贴资金不超过10万元;购买科技条件资源、检验检测服务和大型仪器开放共享服务高补贴资金不超过3万元。
研究开发服务。主要包括新产品与工艺合作研发、新技术委托开发、技术解决方案、中试及工程化开发服务、云计算服务等。
检验检测认证服务。主要包括产品检验、指标测试、产品性能测试、集成电路封装测试等。
大型科研仪器开放共享服务。主要包括委托分析服务、委托测试服务、委托实验服务、机时共享服务等。
购买科技资源服务。主要包括购买科研试剂、科学数据、科技文献、科技报告、生物种质等科技条件资源。
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