大气压等离子体射流法及液相氧化法对多晶硅表面的氧化实验研究

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在晶硅太阳能电池中,由组件封装玻璃内的钠离子在强电场的作用下向电池片表面迁移而引起的输出功率电势诱导衰减(PID)已经导致了光伏电站出现大面积组件功率衰减的严重后果,给业界带来了极大损失。解决该问题的一个重要途径就是在晶硅表面制备一层致密的氧化硅薄膜,以起到阻挡钠离子的作用。有研究者提出用等离子体增强化学气相沉积的方法,在晶硅表面沉积一层氧化硅薄膜,但该方法制备得到的薄膜致密度尚显不足,且沉积得到的薄膜还面临着附着力不够、易脱落的问题。也有人提出用热氧化、光诱导阳极氧化、臭氧氧化等方法,这些方法能够直接将晶硅表面的原子氧化而生成氧化硅薄层,克服了真空沉积薄膜的劣势,但还存在着氧化膜厚度难控制和环保等问题。鉴于此,本文致力于开发更为便捷、环保的多晶硅表面氧化技术,基于当下应用广泛的大气压等离子体射流(APPJ)和贵金属氧化物涂层钛阳极参与下的电化学反应,设计了APPJ发生装置和液相氧化装置,并对氧化效果和抗PID能力进行测试分析。  针对大气压等离子体射流装置,实验结果表明:1、相较于20kHz低频功率,2.0MHz射频功率激发产生的APPJ具有连续性更好的放电电流、更高的功率利用率、更高的电子密度和活性粒子密度,因此2.0MHz射频功率被用于多晶硅表面氧化实验中。2、被2.0MHz激发的APPJ处理后,接触角、XPS能谱、TEM断面图均表明了多晶硅表面已经被氧化,且氧化处理并未使得其少数载流子寿命缩短。  针对液相氧化装置,实验结果表明:1、用含氯离子的溶液作为液相氧化法的电解液时,被处理的多晶硅表面显示出更强的亲水性,XPS能谱和TEM断面图证明了亲水性的变化是由表面氧化造成的。2、用HCl溶液作为电解液,将液相氧化步骤置于多晶硅太阳能电池的工艺流程中,制成电池片并封装为组件。与臭氧氧化法制得的电池片及组件对比发现,二者具有相当的基准电性能,而液相氧化得到的电池组件在PID测试后功率衰减要比臭氧氧化组件更低。  以上研究表明,第一,2.0MHz激发产生的大气压等离子体射流能够迅速将多晶硅表面氧化,且不损伤其表面,在太阳能电池抗PID应用中具有一定发展潜力;第二,液相氧化法能够较好地融合到多晶硅电池片的制备工艺中,且用该方法制得的电池片具有优良的抗PID能力。这些研究结果对解决PID问题的研究和应用均具有一定的实验指导意义。
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