微晶硅-晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽電池的模擬與優(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]有光致衰退效應。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，因此被視為硅基薄膜太陽電池的下一代技術(shù)。 本論文對微晶硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽電池的窗口層、界面態(tài)密度、本征緩沖層、缺陷態(tài)濃度、背場及雙結(jié)疊層太陽電池等方面進行了計算機模擬的研究工作，采用AFORS-HET模擬軟

2、件研究了微晶硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽電池各項參數(shù)對異質(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)太陽電池結(jié)構(gòu)，模擬結(jié)果主要表明： (1)窗口層對太陽電池的性能有重要影響。隨著窗口層厚度的增加，開路電壓、短路電流下降，填充因子減小，效率隨之降低，在厚度為10nm時，電池效率最高。隨著窗口層摻雜濃度的增加，短波段光譜響應變小，從而使短路電流減小，開路電壓增大，當摻雜濃度為1019cm-3，電池效率最高。

3、帶隙寬度的變大對開路電壓的影響明顯，填充因子和電池效率略有增大，短路電流無明顯變化，當帶隙寬度大于1.6eV以后，開路電壓增大，短路電流減小，電池效率開始下降。在窗口層厚度為10nm，摻雜濃度為1019cm-3，帶隙寬度為1.6eV時，電池各項參數(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，填充因子逐漸減小，電池性能下降，模擬的太陽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，中長波的光譜響應顯著降低，而450nm的短波的光譜響應沒有任何變化，開路電壓，短路電流，填充因子和轉(zhuǎn)化效率明顯降低。 (2)為減小少子的復合，我們對μc-Si(p)/μc-Si(i)/c-Si(n)太陽電池引入一微晶硅背場性能。微晶硅背場的厚度對電池性能影響不是很明顯；隨著帶隙的增大，電池的開路電壓先增大后無變化，當

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