优异宽光谱响应的硅纳米倒金字塔阵列背钝化太阳电池研究
批准号:
61774069
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
黄增光
依托单位:
学科分类:
半导体光电子器件与集成
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
孔向阳、史林兴、宋晓敏、丁瑞强、林豪、李金鹏
中文摘要
硅纳米结构阵列因其优异的陷光性能在高效晶硅太阳电池中存在巨大应用潜力。本项目提出一种将正面硅纳米倒金字塔阵列与背面钝化结构结合的新型光伏器件—硅纳米倒金字塔阵列背钝化太阳电池,其中:引入正面硅纳米倒金字塔的目的是提高器件的短波光谱响应,引入背面钝化的目的是提升器件的长波光谱响应。本项目期望通过硅纳米倒金字塔阵列背钝化太阳电池器件物理机制研究、硅纳米倒金字塔阵列制备和光电优化、背反射器光电性能提升以及器件综合光电管理等,实现该新型太阳电池在宽波段上的优异光谱响应,最终使太阳电池转换效率在大面积(156 mm×156 mm)上达到21.0-22.0%,并解决叠层薄膜+纳米阵列复合结构的联合散射和反射机制、发射极光电平衡等核心科学问题。该新型电池工艺简单,成本低且全部工艺与现有生产线兼容,一旦成功即可投入大规模生产。本项目研究将为新型高效太阳电池发展注入新活力,并产生极大社会经济效益。
英文摘要
Silicon (Si) nanostructured arrays possess great potentials in the high-efficient crystalline Si solar cells, due to the excellent light-trapping effect of the Si nanostructured arrays. In this project, we propose a novel Si nano-inverted-pyramid arrays PERC (Passivated Emitter and Rear Cell) photovoltaic device combining the front Si nano-inverted- pyramid arrays with the rear surface passivation. Employing the front Si nano-inverted-pyramid arrays is to improve the short wavelength spectral response, meanwhile the purpose of the rear surface passivation is to improve the long wavelength spectral response. In this project, we anticipate to achieve an efficiency of 21.0-22.0% (standard solar wafer size of 156 mm×156 mm) of this novel solar cell with excellent broad wavelength spectral response, and solve the key scientific issues including the combined scattering and antireflection mechanism of nanostructured arrays buried by stack thin films,and the tradeoff of the optical and electrical performance of the emitter, by studying the device physics, preparation and photoelectric optimization of Si nano-inverted-pyramid arrays, optical and electrical performance improvement of rear reflector and integrated optimization of device system. Importantly, the processes of this novel solar cell are simple, low-cost and completely compatible with those of the current production line, which is in favor of the mass production. This project will inject new vitality to the high-efficient solar cell industry and bring great economic returns.
太阳电池光谱响应的好坏决定了太阳电池性能的优劣,本质上来说,硅基高效太阳电池的研究过程,就是全面提升其整个波段上光谱响应性能的过程。对于传统晶硅太阳电池来说,其在长波段900-1200nm和短波段300-450nm的光谱响应,仍有进一步改善的空间。. 在本课题中我们设计并成功制备了一种新型高效太阳电池——硅纳米倒金字塔阵列背钝化太阳电池。这种新型电池将背钝化太阳电池和硅纳米倒金字塔阵列结合起来:1)在电池正面发射极引入硅纳米倒金字塔阵列+SiNx(PECVD)/SiO2(PECVD),实现电池在短波段的光谱响应大幅提高。2)在电池背面实施Al2O3(ALD)/SiNx(PECVD)钝化,实现了电池在长波段光谱响应的提升。. 项目完成了硅纳米倒金字塔阵列背钝化太阳电池器件的物理机制、硅纳米倒金字塔阵列的短波光谱响应提升、背反射器多层钝化膜长波光谱响应优化以及电池器件的综合光电优化等研究,解决了决叠层薄膜+纳米阵列复合结构的联合散射和减反射机制、发射极光电平衡等核心科学问题,实现了硅纳米倒金字塔阵列背钝化太阳电池器件的优异的宽光谱响应,大面积器件(156×156mm2)最高效率达到21.4%,实现了预期目标(效率21.0-22.0%)。同时电池器件的开路电压达到677mV,超过预期目标的660mV;短路电流密度39.6A/cm2相比传统太阳电池的37.9A/cm2 提升4.48%,超过了预期目标的4%。此外,本项目研究也后续的研究工作提供了基础,接下来我们将继续研究基于原子层沉积技术的掺杂宽带隙氧化物选择性接触材料在硅基高效太阳电池上的应用,这将为我国“双碳”目标提供一种有益的光伏解决方案。项目研究所涉及的器件制备工艺简单、成本低且与现有产线兼容,一旦工艺稳定性解决,具备大规模商业化应用的巨大潜力。
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DOI:
--
发表时间:
2018
期刊:
淮海工学院学报(自然科学版)
影响因子:
--
作者:
[黄增光, 高锟, 王晓刚, 孙庆强, 宋晓敏, 沈文忠]
通讯作者:
沈文忠
21.3%-efficient n-type silicon solar cell with a full area rear TiOx/LiF/Al electron-selective contact
21.3%效率%20n型%20silicon%20solar%20cell%20with%20a%20full%20area%20rear%20TiOx/LiF/Al%20电子选择性%20contact
DOI:
10.1016/j.solmat.2019.110291
发表时间:
2020
期刊:
Solar Energy Materials and Solar Cells
影响因子:
6.9
作者:
[Wenjie Wang, Jian He, Di Yan, Chris Samundsett, Sieu Pheng Phang, Zengguang Huang, Wenzhong Shen, James Bullock, Yimao Wan]
通讯作者:
Yimao Wan
MAAc Ionic Liquid-Assisted Defect Passivation for Efficient and Stable CsPbIBr2 Perovskite Solar Cells
MAAc 离子液体辅助缺陷钝化,用于高效稳定的 CsPbIBr2 钙钛矿太阳能电池
DOI:
10.1021/acsaem.1c01537
发表时间:
2021
期刊:
ACS Applied Energy Materials
影响因子:
6.4
作者:
[Linxing Shi, Haoyang Yuan, Xianggang Sun, Xinyi Li, Wenbo Zhu, Jie Wang, Liangsheng Duan, Qile Li, Zhen Zhou, Zengguang Huang, Xinxin Ban, Dongen Zhang]
通讯作者:
Dongen Zhang
Role of Interfacial Oxide Layer in MoOx/n-Si Heterojunction Solar Cells
界面氧化物层在 MoOx/n-Si 异质结太阳能电池中的作用
DOI:
10.1155/2021/6623150
发表时间:
2021-04
期刊:
International Journal of Photoenergy
影响因子:
3.2
作者:
[Xiaomin Song, Zengguang Huang, Ming Gao, D. Y. Chen, Z. Fan, Zhongquan Ma]
通讯作者:
Zhongquan Ma
DOI:
--
发表时间:
2018
期刊:
能源与环境
影响因子:
--
作者:
[黄增光, 宋晓敏, 史林兴, 蔡立, 沈文忠]
通讯作者:
沈文忠
共 15 条
背接触太阳电池全开口印刷网版开发
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2026
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负责人:黄增光
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依托单位:
国内基金
海外基金