微晶硅-晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池的模擬與優(yōu)化.pdf

1、微晶硅材料是微晶粒、晶粒間界和非晶相共存的混合相材料，一般都存在微空洞，其帶隙隨著晶相比的不同，由1.2eV到1.7eV連續(xù)可調(diào)，而且?guī)缀鯖](méi)有光致衰退效應(yīng)。由于微晶硅薄膜電池兼有晶體硅電池的高穩(wěn)定性和薄膜電池的低成本的優(yōu)勢(shì)，因此被視為硅基薄膜太陽(yáng)電池的下一代技術(shù)。 本論文對(duì)微晶硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池的窗口層、界面態(tài)密度、本征緩沖層、缺陷態(tài)濃度、背場(chǎng)及雙結(jié)疊層太陽(yáng)電池等方面進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬的研究工作，采用AFORS-HET模擬軟

2、件研究了微晶硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池各項(xiàng)參數(shù)對(duì)異質(zhì)結(jié)電池性能的影響。根據(jù)理論模擬的要求，我們選取了p型微晶硅/n型晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)，模擬結(jié)果主要表明： (1)窗口層對(duì)太陽(yáng)電池的性能有重要影響。隨著窗口層厚度的增加，開(kāi)路電壓、短路電流下降，填充因子減小，效率隨之降低，在厚度為10nm時(shí)，電池效率最高。隨著窗口層摻雜濃度的增加，短波段光譜響應(yīng)變小，從而使短路電流減小，開(kāi)路電壓增大，當(dāng)摻雜濃度為1019cm-3，電池效率最高。

3、帶隙寬度的變大對(duì)開(kāi)路電壓的影響明顯，填充因子和電池效率略有增大，短路電流無(wú)明顯變化，當(dāng)帶隙寬度大于1.6eV以后，開(kāi)路電壓增大，短路電流減小，電池效率開(kāi)始下降。在窗口層厚度為10nm，摻雜濃度為1019cm-3，帶隙寬度為1.6eV時(shí)，電池各項(xiàng)參數(shù)為VOC=0.6758 V，JSC=38.35mA/cm2，F(xiàn)F=84.18％，η=21.82％。 在μc-Si/c-Si異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池中插入本征層，有助于電池性能的提高。本征層厚度從

4、5nm增大時(shí)，填充因子逐漸減小，電池性能下降，模擬的太陽(yáng)電池的本征層厚度為5nm。隨著本征層缺陷態(tài)濃度Nt的增加，中長(zhǎng)波的光譜響應(yīng)顯著降低，而450nm的短波的光譜響應(yīng)沒(méi)有任何變化，開(kāi)路電壓，短路電流，填充因子和轉(zhuǎn)化效率明顯降低。 (2)為減小少子的復(fù)合，我們對(duì)μc-Si(p)/μc-Si(i)/c-Si(n)太陽(yáng)電池引入一微晶硅背場(chǎng)性能。微晶硅背場(chǎng)的厚度對(duì)電池性能影響不是很明顯；隨著帶隙的增大，電池的開(kāi)路電壓先增大后無(wú)變化，當(dāng)

5、帶隙超過(guò)1.6ev，填充因子開(kāi)始降低；而短路電流和效率均是先增大，后變小，在帶隙為1.6ev時(shí)，電池轉(zhuǎn)化效率最高。隨著摻雜濃度的提高，太陽(yáng)電池的開(kāi)路電壓幾乎不變，而短路電流和填充因子都有逐漸提高，電池效率隨之增大；當(dāng)微晶硅背場(chǎng)厚度為10nm，摻雜濃度為5×1019/cm3，帶隙為1.6ev時(shí)，μc-Si(p)/μc-Si(i)/c-Si(n)/μc-Si(n+)太陽(yáng)電池的性能最好為：Voc=0.7084V，Jsc=40.37mA/cm2