基于非晶硅薄膜太陽能電池的實(shí)驗(yàn)與仿真研究.pdf

1、非晶硅薄膜太陽能電池與晶體硅太陽能電池相比，具有工藝簡單、成本低、能耗少等優(yōu)點(diǎn)。但是，由于非晶硅薄膜材料自身的缺陷及光致衰減效應(yīng)的存在，電池的轉(zhuǎn)換效率較低、性能穩(wěn)定性較差，阻礙了非晶硅薄膜太陽電池的應(yīng)用。影響非晶硅薄膜太陽能電池性能的因素主要有兩個(gè)方面：一是各層薄膜材料自身的特性；二是薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。本文基于非晶硅薄膜太陽能電池開展基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究，包括透明電極TCO表面處理、窗口層a-SiC:H薄膜材料結(jié)構(gòu)和性能研究以及TCO/

2、p電接觸特性研究。在此基礎(chǔ)上，采用半導(dǎo)體器件仿真軟件AMPS-1D對電池性能進(jìn)行仿真計(jì)算，優(yōu)化電池的各層材料和器件結(jié)構(gòu)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴鹽酸對AZO表面處理能得到良好的絨面結(jié)構(gòu)，腐蝕時(shí)間為20s時(shí)，絨面效果最好。用濃硫酸對ITO表面進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)粗糙度隨著腐蝕時(shí)間的延長，先大后小，說明ITO表面污染物和Sn氧化物被漸漸處理掉，表面變得平滑，這樣可以提高其功函數(shù)，從而提高電池性能。⑵隨著混合氣體中CH4流量比例的增加，a

3、-SiC:H薄膜的沉積速率隨之降低。FTIR測試發(fā)現(xiàn)，CH4比例增加使得薄膜中C-C和Si-C鍵數(shù)目和強(qiáng)度得到提高；UV-vis測試可知，CH4流量比例增加使a-SiC:H薄膜的光學(xué)帶隙得到升高。⑶稀鹽酸對AZO絨面處理時(shí)間存在最優(yōu)值20s，此時(shí)AZO/a-SiC:H電接觸特性最佳。當(dāng)濃硫酸對ITO表面處理時(shí)間為10s或15s時(shí)，均獲得了良好的歐姆接觸。FTO/a-SiC:H能獲得良好的歐姆接觸，其接觸電阻小于表面未經(jīng)處理的AZO/a-

4、SiC:H。p型a-SiC:H薄膜沉積過程中CH4/CH4+SiH4流量比R對TCO/a-SiC:H電接觸特性有較明顯的影響，R較小時(shí)有更好的電接觸特性。⑷仿真結(jié)果表明，ITO功函數(shù)的提高能有效提高非晶硅電池性能。當(dāng)p層厚度選擇為10nm、光學(xué)帶隙在2eV～2.2eV之間變化、摻雜濃度（等效為淺受主濃度）略大于1×1020/cm3時(shí)，電池性能最好。i層厚度及其缺陷態(tài)密度對非晶硅電池性能起關(guān)鍵作用，其最佳厚度取值為600nm左右，此時(shí)缺陷