非晶硅/微晶硅叠层太阳电池中间层的研究

叠层结构是提高硅基薄膜太阳电池效率和稳定性的有效方法,其中子电池的电流匹配是提高叠层电池效率的关键,而中间层技术能有效地改善子电池电流的匹配情况。介绍了非晶硅/微晶硅叠层电池的中间反射层和隧道结的结构、特性及材料种类,结合两者的理论基础提出隧穿反射层的概念,分析其工作原理并给出了薄膜材料的选择原则和范围。隧穿反射层在叠层结构中不仅起到常规中间反射层的作用,解决电池内部的陷光问题,还可优化叠层太阳电池的隧道结,解决子电池对光生载流子的有效收集问题。     

硅基有机太阳能电池光学性能分析

采用传输矩阵法的光学模型以及MATLAB软件模拟了硅基有机太阳能电池对入射光的吸收率和各层厚度的关系。模拟表明活性层对入射光的吸收率主要受其自身厚度影响,且由于微腔效应,这种结构的电池可以很大程度上优化活性层厚度;另外通过调节折射率匹配层厚度和传输层厚度也可以优化活性层对入射光的吸收率。在本文所讨论的厚度中,最佳传输层厚度为10 nm左右,最佳匹配层厚度为30 nm ZnS或者60 nm Alq₃。     

In_2O_3:Sn中间层改善B掺杂ZnO薄膜的性能及其应用研究

金属有机化学气相沉积(MOCVD)法生长的掺硼氧化锌(BZO)薄膜,具有天然的"类金字塔"绒面结构,作为硅基薄膜太阳电池的前电极具有良好的陷光效果.但直接获得的BZO薄膜表面形貌过于尖锐,影响后续硅基薄膜材料生长质量及太阳电池的光电转换效率.本文设计了以一层超薄In2O3:Sn(ITO)薄膜(～4 nm厚度)作为中间层的多层膜,并通过对顶层BZO薄膜的厚度调制,改善BZO薄膜的表面特性,薄膜结构为:glass/底层BZO/ITO/顶层BZO.合适厚度的顶层BZO薄膜有助于获得类似"菜花状"形貌特征,尖锐的表面趋于"柔和",而较厚的顶层BZO薄膜仍然保持"类金字塔状"结构."柔和"的BZO薄膜表面结构有助于提高后续生长薄膜电池的结晶质量.将获得的新型"三明治"结构多层膜应用于p-i-n型氢化微晶硅(μc-Si:H)薄膜太阳电池,相比传统的BZO薄膜,电池的量子效率QE在500—800 nm波长范围提高了～10%,并且电池的Jsc和Voc均有所提高.     

提高非晶硅/微晶硅叠层太阳电池光稳定性的研究

如何提高硅基薄膜太阳电池的光稳定性是硅基薄膜太阳电池研究和产业化过程中非常重要的问题. 为了提高非晶硅/微晶硅叠层电池的光稳定性, 本文首先给出了良好光稳定性非晶硅顶电池的结果, 然后重点研究了N/P隧穿结和微晶硅底电池本征层硅烷浓度梯度对叠层电池光稳定性的影响. 经过初步优化, 连续光照1000 h后非晶硅/微晶硅叠层电池的最小光致衰退率只有7%.     

CuO薄膜的制备及其光伏特性

通过反应磁控溅射在n型硅和玻璃衬底上制备了p型CuO薄膜.使用X射线衍射仪和紫外-可见光-近红外光度计研究了p型CuO薄膜的结构和光学特性,得出其平均晶粒尺寸和光学带隙分别为8nm和1.36eV.通过研究其电压-电流关系确定了在p型CuO薄膜和n型硅衬底之间形成了p-n结.在AM 1.5光照条件下p-CuO/n-Si电池的开路电压为0.33V,短路电流密度为6.27mA/cm2,填充因数和能量转化效率分别为0.2和0.41%.     

CuO薄膜的制备及其光伏特性

通过反应磁控溅射在n型硅和玻璃衬底上制备了p型CuO薄膜.使用X射线衍射仪和紫外-可见光-近红外光度计研究了p型CuO薄膜的结构和光学特性,得出其平均晶粒尺寸和光学带隙分别为8 nm和1.36 eV.通过研究其电压-电流关系确定了在p型CuO薄膜和n型硅衬底之间形成了p-n结.在AM 1.5光照条件下p-CuO/n-Si电池的开路电压为0.33 V,短路电流密度为6.27 mA/cm², 填充因数和能量转化效率分别为0.2和0.41%.     

α-C:H薄膜及其在硅太阳电池上作增透膜的研究

采用高频等离子体汽相淀积法在不同材料衬底上淀积出α-C:H薄膜。Raman谱分析表明,该薄膜既具有类金刚石相,又具有金刚石相。测量了该薄膜可见光范围的透射率和折射率。本文提出把该薄膜涂覆在硅太阳电池上作光学增透膜,使其在0.55—1.0μm波长范围内光谱响应明显提高,并使该电池短路电流增加率达38％。 关键词：     

非晶/微晶两相硅薄膜电池的计算机模拟

在对不同晶相比硅薄膜的实验研究的基础上，利用有效介质理论估算了这种两相材料的光吸 收系数、迁移率寿命乘积及带隙宽度等参量，计算机模拟了不同结晶比硅薄膜电池的伏安特 性及光谱响应；结果为随着本征层微晶成分的增多，电池的开路电压逐渐减小，短路电流逐 渐增大，本征层的最佳厚度逐渐增大，填充因子有降低的趋势，电池的效率随晶相比的增大 而减小. 电池的光谱响应曲线表明，随晶相比的增大电池的长波响应明显提高. 根据这些模 拟结果，分析讨论了在考虑Lambertian背反射的情况下，非晶/微晶叠层电池的底电池采用 晶相比为40％—50％的两相硅薄膜材料做本征层是最佳选择. 关键词： 两相硅薄膜 太阳能电池 计算机模拟     

钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池的研究进展

有机—无机杂化钙钛矿电池因其禁带宽度可调、光吸收系数高、光电转化效率高、制备成本低等优点而被用于硅基叠层太阳能电池中,使得太阳能电池的转换效率提高,生产成本降低,应用范围也更为广泛。文章介绍了钙钛矿吸收材料和钙钛矿/晶硅叠层电池的工作原理,对钙钛矿/晶硅叠层电池的类别、影响其性能的主要因素进行了归纳综述,对钙钛矿/晶硅叠层电池未来发展进行了展望。     

非晶钛酸锶钡薄膜的金属有机分解法制备及其光学性能

本文采用2-辛酸钡(Ba(C₈H₁₅O₂)₂)和3-甲基丁基醋酸盐(CH₃COOC₂H₄CH(CH₃)₂-)为基的特殊前驱体溶液,在硅和石英基片上低温制备Ba_0.7Sr_0.3TiO₃ (BST0.7)薄膜.性能测试结果表明,厚度约为214 nm的非晶BST0.7薄膜的光学带隙能和折射率分别为4.27 eV和n=1.94.薄膜在可见光和近红外区域的消光系数远远低于多晶BST薄膜,约为10^-3数量级.激发波长为450 nm时,在室温环境下非晶BST0.7薄膜在波长520—610 nm处发出强烈的可见光,峰值为540—570 nm,而结晶态的BST0.7薄膜则无发光现象. 关键词： 钛酸锶钡 非晶薄膜 金属有机分解法 光学性能     

采用椭偏法结合分光光度法研究极薄银的光学常数

极薄银在滤光片、高反射镜等中有广泛的应用,其光学常数严重影响着膜系的特性。在室温条件下,采用电阻热蒸发技术分别在硅和玻璃基底上沉积5.3 nm~26 nm不同厚度的极薄银薄膜,用TalySurfCCI非接触式轮廓仪测量了薄膜的厚度,研究了不同厚度银薄膜的光学常数n和k。镀制厚度5.3 nm、7.9 nm、14.1 nm、26.0 nm的银薄膜,结果显示极薄银的光学常数与块状银光学常数不同,当膜厚小于14.1 nm时,折射率n在380 nm~600 nm随波长增加而增加,在600 nm~1 600 nm随波长增加缓慢减小至趋于稳定值2.6;消光系数k在380 nm~500 nm随着波长增加而增加,在500 nm~1 600 nm随波长增加而缓慢减小至趋于0不变;当膜厚大于14.1 nm时,折射率随波长增加而增加,消光系数随波长近似呈线性增加。整体上,膜厚增加时折射率减小且趋于块状银的折射率,k随厚度增加而增加并最终趋于块状膜。用此拟合的光学常数代入TFc膜系设计软件计算其透射率,发现与分光光度计测得的透射率吻合较好。     

硅基薄膜太阳电池一维光子晶体背反射器的模拟设计与制备

从模拟和实验两个方面研究了一种适用于硅基薄膜太阳电池的一维光子晶体新型背反射器.首先采用时域有限差分方法,模拟研究了组成一维光子晶体的两种介质的折射率比、厚度比以及周期厚度对光子禁带的影响.基于模拟结果,制备出一种由低折射率SiOx层与高折射率非晶硅a-Si层周期性交叠构成的禁带可调式一维光子晶体背反射器.通过改变a-Si层的厚度,使得禁带范围由500—750 nm波长范围红移至650—1100 nm,反射率分别达到96.4%和99%.将上述结构的一维光子晶体作为背反射器分别应用于非晶硅单结太阳电池和非晶硅/微晶硅双结叠层太阳电池,与没有背反射结构电池相比,短路电流密度分别提升了18.3%和15.2%.同时模拟研究了在不同入射角度下自然光、TE波和TM波对光子晶体反射特性的影响.研究结果表明,在太阳电池中,光线倾斜入射对一维光子晶体反射率的影响有限.     

钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池:光学模拟的研究进展

近几年,钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池发展迅速,效率已经从13.7%提升到29.1%.由于叠层电池器件的制作工艺复杂,而叠层太阳电池中的光学损失对转换效率的影响很大,所以通过光学模拟进而获得高效电池至关重要.本文首先从商业软件和自建模型两方面概述了光学模拟的方法,接着从反射损失和寄生吸收两方面针对光学模拟研究进展进行了总结和分析,最后指出了叠层电池光学模拟过程中需要注意的问题.钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池的转换效率极限最高可达40%,具备很大的提升空间,结合模拟工作的研究,叠层电池的发展将会取得更大的进步.     

硅薄膜的短波红外光学特性和1.30μm带通滤光片

在短波红外区域(1～3μm),硅薄膜材料因其具有折射率高、透明性好、膜层应力易匹配等诸多优点而得到广泛应用。基于改进后的Sellmeier模型拟合出了制备的硅薄膜的短波红外光学特性,以此为基础,选用硅和二氧化硅两种材料,设计并制备出中心波长在1.30μm,相对带宽2.46%的带通滤光片。利用了硅薄膜在波长小于1.0μm波段的吸收特性较好地扩展了带外截止范围。测量结果表明,具有2个谐振腔的带通滤光片峰值透射率达到85.8%,半功率带宽控制在约32nm,带外截止范围覆盖了波长小于1.75μm的光谱区域。     

基于有机半导体的宽波段薄膜太阳能吸收器

具有平面结构、纳米尺度的半导体薄膜是太阳能电池的重要组成部分。平面结构加工简单廉价,纳米尺度薄膜量子效率高,但这类结构光学吸收能力差。因此,本文研究如何采用简单平面结构,增强厚度只有几十纳米的半导体薄膜的宽波段吸收特性。研究发现当半导体材料折射率随波长正比例变化、吸收指数不随波长变化时,一定存在一对透明材料厚度和入射角度,使得半导体薄膜/透明材料/金属基底平面薄膜结构具有宽波段完全吸收特性。研究结果可作为宽波段太阳能吸收器的设计准则。以厚度只有35 nm的P3HT:PC_(70)BM薄膜为例,在420和600 nm波长处,设计吸收率均超过95%,从而显著拓宽高吸收率的波段范围,使光生电流比参考结构提高42%。     

近红外波段锑基铋掺杂薄膜厚度对光学常数与光学带隙的影响

采用磁控溅射法制备了不同厚度的锑基铋掺杂薄膜,用X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)研究了薄膜结构随厚度的变化。利用椭圆偏振法测定了样品薄膜在近红外波段的光学常数与光学带隙,研究了膜厚对样品薄膜光学常数和光学带隙的影响。结果表明,膜厚从7 nm增加至100 nm时,其结构由非晶态转变为晶态。在950～2200 nm波段,不同厚度薄膜样品的折射率在4.6～8.9范围,消光系数在0.6～5.8范围,光学带隙在0.32～0.16 eV范围。随着膜厚的增加,薄膜的折射率和光学带隙减小,而消光系数升高;光学常数在膜厚50 nm时存在临界值,其原因是临界值前后薄膜微观结构变化不同。     

六硼化镧薄膜场致发射的特性

阵列薄膜是在制备好的尖锥阵列上沉积其他材料的薄膜,以提高场发射阴极性能,它是一种有效的提高场发射阴极性能的方法。在n型硅片上先后采用氧化、光刻、干法刻蚀、氧化削尖等工艺,制备出曲率半径很小的硅尖锥场发射阵列,硅阵列中每个硅尖锥的底半径约2μm,锥高约1.04μm,每个硅尖之间间隔6μm,尖端的曲率半径约50nm,锥角约56°,尖锥阵列的密度约106/cm2。为了降低硅尖锥的功函数及提高抗离子轰击能力,通过电子束蒸发在硅尖阵列上沉积六硼化镧(LaB6)薄膜,薄膜的厚度大约50nm,锥尖曲率半径变为约111nm。X射线衍射(XRD)分析结果表明,电子束沉积在硅尖端的LaB6具有良好的结晶特性。硅尖锥及不同的真空度下阵列薄膜的场致发射I-V特性及电流发射稳定性的测试结果表明:沉积LaB6的薄膜阴极阵列的总发射电流达到125μA,是纯硅尖锥阵列125倍。并且硅阵列六硼化镧薄膜具有良好的场发射稳定性,是一种理想的薄膜场发射阵列。     

硅基异质结太阳电池新进展

非晶硅/晶体硅异质结太阳电池(SHJ)是在晶体硅上沉积非晶硅薄膜,它综合了晶体硅电池与薄膜电池的优势,具有结构简单、工艺温度低、钝化效果好、开路电压高、温度特性好、双面发电等优点,是高转换效率硅基太阳电池的热点方向之一。本文首先综述了近几年SHJ电池制造工艺技术的进步,包括臭氧清洗硅片、热丝化学气相沉积技术沉积非晶硅薄膜、透明导电薄膜沉积方法和材料的改进,以及新型金属化电极技术在SHJ电池中的应用所取得的进展。然后介绍了结合背面结技术、载流子选择性钝化接触技术的硅异质结电池以及薄型硅异质结太阳电池最新研究情况。进一步分析了与叉指式背接触技术相结合的硅异质结电池、与钙钛矿太阳电池技术相结合的钙钛矿/硅异质结两端叠层太阳电池的研究现状,指出硅基异质结太阳电池是迈向更高效率太阳电池的基石。     

纳米表面二维周期半圆凹槽增强硅薄膜太阳能电池光吸收

利用时域有限差分方法, 研究硅薄膜上下表面周期半圆凹槽结构对于太阳光吸收的增强效应. 研究发现这种结构可以实现太阳光宽波段的光吸收增强, 通过调节SiO₂表面减反层厚度和凹槽半径长度来实现薄膜太阳能电池最大的光吸收, 并实现了波长在300-1000 nm范围的太阳光吸收总能量比没有这种 结构下硅薄膜光吸收提高了约117%. 关键词： 硅薄膜 半圆凹槽 吸收增强     

单室沉积非晶硅/非晶硅/微晶硅三叠层太阳电池的研究

在产业化比较成熟的单室沉积非晶硅薄膜太阳电池基础上,进行了非晶硅/非晶硅/微晶硅三叠层太阳电池性能优化的研究.在生产线上纯单室沉积的非晶硅/非晶硅叠层太阳电池基础上,通过调节n-p隧穿结并采用自行研制开发的单室微晶硅底电池的沉积路线,获得了单室沉积的光电转换效率达到9.52%的非晶硅/非晶硅/微晶硅三叠层太阳电池. 关键词： 硅基薄膜太阳电池 三叠层 微晶硅