双面HIT太阳电池TCO与非晶硅界面势垒的模拟优化

采用美国滨州大学研发的AMPS-1D软件,模拟了TCO与非晶硅界面势垒对TCO/a-Si:H(p+)/a-Si:H(i)/c-Si(n) /a-Si:H(i) /a-Si:H(n+) /TCO双面HIT异质结太阳电池光伏特性的影响。结果表明太阳电池的TCO/p+前接触界面势垒（对于电子）越高,越易形成欧姆接触,且电池的短波响应增强,使电池性能变好。模拟还发现,n+ /TCO背接触界面势垒（对于电子）越低,电池性能越好。若背场重掺杂,在背接触势垒小于等于0.5ev时,电池的转换效率不会受到背接触势垒的影响;若背场低掺杂,在背接触势垒很小的情况下,也能达到与重掺杂相同的转换效率。     

双面HIT太阳电池TCO与非晶硅界面势垒的模拟优化

采用美国滨州大学研发的AMPS-1D软件,模拟了TCO与非晶硅界面势垒对TCO/a-Si:H(p+)/a-Si:H(i)/c-Si(n)/a-Si:H(i) /a-Si:H(n+)/TCO双面HIT异质结太阳电池光伏特性的影响.结果表明太阳电池的TCO/p+前接触界面势垒(对于电子)越高,越易形成欧姆接触,且电池的短波响应增强,使电池性能变好.模拟还发现,n+/TCO背接触界面势垒(对于电子)越低,电池性能越好.若背场重掺杂,在背接触势垒小于等于0.5 eV时,电池的转换效率不会受到背接触势垒的影响;若背场低掺杂,在背接触势垒很小的情况下,也能达到与重掺杂相同的转换效率.     

硅锗量子阱结构在硅异质结太阳电池中应用的数值模拟

利用半导体工艺和器件仿真软件silvaco TCAD(Technology Computer Aided Design),模拟研究了采用硅/硅锗合金(silicon/silicon germanium alloy,Si/Si_(1-x)Ge_x)量子阱结构作为吸收层的薄膜晶体硅异质结太阳电池各项性能.模拟结果显示,长波波段光学吸收随锗含量的增加而增加,而开路电压则因Si_(1-x)Ge_x)层带隙的降低而下降.锗含量为0.25时,短路电流密度的增加补偿了开路电压的衰减,效率提升0.2%.氢化非晶硅/晶体硅(a-Si:H/c-Si)界面空穴密度以及Si_(1-x)Ge_x)量子阱的体空穴载流子浓度制约着空穴费米能级的位置,进而影响到开路电压的大小.随着锗含量增加,a-Si:H/c-Si界面缺陷对开压的影响降低,Si_(1-x)Ge_x)量子阱的体缺陷对开压的影响则相应增加.高效率含Si_(1-x)Ge_x)量子阱结构的硅异质结太阳电池的制备需要a-Si:H/c-Si界面缺陷的良好钝化以及高质量Si_(1-x)Ge_x)量子阱的生长.     

a-Si:H/c-Si 异质结太阳电池 J-V 曲线的 S-Shape 现象

通过异质结界面分析与 AMPS 模拟计算研究了 a-Si:H/c-Si 异质结太阳电池在低温工作、a-Si:H 层低掺杂、高价带补偿以及高界面态时光态 J-V 曲线出现 S-Shape 现象的物理过程,总结了 S-Shape 现象的物理原因.分析结果表明,当空穴输运受到界面势垒的限制时,空穴在 c-Si 界面附近聚集,能带重新分配,c-Si 耗尽区的电场减小,更多的电子从 c-Si 准中性区反转至 c-Si 界面及耗尽区与空穴复合,复合速率显著增大,光电流的损失显著增大,光态 J-V< 关键词： 模拟 异质结太阳电池 a-Si:H/c-Si 异质结     

n型窗口层材料及其在高速沉积微晶硅太阳电池中的应用研究

采用常规的射频等离子体增强化学气相沉积技术制备了可以用于微晶硅薄膜太阳电池的n型的掺杂窗口层材料.通过掺杂窗口层材料在电池中的应用发现：微晶硅薄膜太阳电池由于其电子和空穴的迁移率相差比较小而显示出磷掺杂的n型的微晶硅材料也可以像硼掺杂的p型的微晶硅材料一样,可作为微晶硅薄膜太阳电池的窗口层材料;两种窗口层制备电池的效率差别不大,而且量子效率（QE）测试结果显示两种电池的n/i和p/i界面没有明显的区别;电池的双面不同波长拉曼光谱的测试结果给出：不论是n/i/p还是p/i/n型的电池,在起始生长本征层阶段均 关键词： n型的掺杂窗口层 p型的掺杂窗口层 微晶硅薄膜太阳电池     

钙钛矿/硅叠层太阳电池中平面a-Si:H/c-Si异质结底电池的钝化优化及性能提高

最近,旋涂法制备的钙钛矿/平面硅异质结高效叠层太阳电池引起人们广泛关注,主要原因是相比于绒面硅衬底制备的钙钛矿/硅叠层太阳电池,其制备工艺简单、制备成本低且效率高.对于平面a-Si:H/c-Si异质结电池, a-Si:H/c-Si界面的良好钝化是获得高转换效率的关键,进而决定了钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池的性能.本文主要从硅片表面处理、a-Si:H钝化层和P型发射极等方面展开研究,通过对硅片表面的氢氟酸(HF)浸泡时间和氢等离子体预处理气体流量、a-Si:H钝化层沉积参数、钝化层与P型发射极(I/P)界面富氢等离子体处理的综合调控,获得了相应的优化工艺参数.对比研究了p-a-Si:H和p-nc-Si:H两种缓冲层材料对I/P界面的影响,其中高电导、宽带隙的p-nc-Si:H缓冲层既能够降低I/P界面的缺陷态,又可以增强P型发射层的暗电导率,提高了前表面场效应钝化效果.通过上述优化,制备出最佳的P-type emitter layer/aSi:H(i)/c-Si/a-Si:H(i)/N-type layer (inip)结构样品的少子寿命与implied-Voc分别达到2855μs和709 mV,表现出良好的钝化效果.应用于平面a-Si:H/c-Si异质结太阳电池,转换效率达到18.76%,其中开路电压达到681.5 mV,相对于未优化的电池提升了34.3 mV.将上述平面a-Si:H/c-Si异质结太阳电池作为底电池,对应的钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池的开路电压达到1780 mV,转换效率达到21.24%,证明了上述工艺优化能够有效地改善叠层太阳电池中的硅异质结底电池的钝化及电池性能.     

a-Si(n)/c-Si(p)异质结太阳电池薄膜硅背场的模拟优化

采用AFORS-HET数值模拟软件,对不同带隙的薄膜硅材料在a-Si(n)/c-Si(p)异质结太阳电池上的背场效果进行了模拟,分析了影响背场效果的原因,得到了薄膜硅背场在a-Si(n)/c-Si(p)异质结太阳电池上的适用条件为薄膜硅材料是带隙16 eV,硼掺杂浓度在10¹⁸cm^-3以上的微晶硅材料,其最佳厚度在5nm左右. 这种背场从工艺上易于实现,并且,与常用的Al扩散背场相比,在相同的掺杂浓度下,电池效率可以大大提高. 关键词： 薄膜硅 背场 硅异质结太阳电池     

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.     

非晶硅太阳电池结构模拟设计

为了从理论上分析提高非晶硅太阳能电池的转化效率,运用微电子和光子结构分析一维器件模拟程序模拟非晶硅太阳电池a-SiC:H/a-Si:H/a-Si:H结构,分析比较了不同前端接触透明导电层的功函数ΦITO、禁带宽度、本征层厚度、掺杂浓度、缺陷态密度等因素对太阳电池性能的影响.模拟得到,在功函数达到5.1 eV,禁带宽度1...     

硅异质结太阳电池的物理机制和优化设计

硅异质结太阳电池是一种由非晶硅薄膜层沉积于晶硅吸收层构成的高效低成本的光伏器件,是一种具有大面积规模化生产潜力的光伏产品.异质结界面钝化品质、发射极的掺杂浓度和厚度以及透明导电层的功函数是影响硅异质结太阳电池性能的主要因素.针对这些影响因素已经有大量的研究工作在全世界范围内展开,并且有诸多研究小组提出了器件效率限制因素背后的物理机制.洞悉物理机制可为今后优化设计高性能的器件提供准则.因此及时总结硅异质结太阳电池的物理机制和优化设计非常必要.本文主要讨论了晶硅表面钝化、发射极掺杂层和透明导电层之间的功函数失配以及由此形成的肖特基势垒;讨论了屏蔽由功函数失配引起的能带弯曲所需的特征长度,即屏蔽长度;介绍了硅异质结太阳电池优化设计的数值模拟和实践;总结了硅异质结太阳电池的研究现状和发展前景.     

Influence of the semiconductor/metal rear contact on the performance of n(a-Si:H)/i(a-Si:H)/p(c-Si) heterojunction solar cells

The aim of this work is to analyze on the results of using of Al/Ag layer as a rear contact to improve the performance of heterojunction silicon solar cells. An analytical method is presented to extract the physical parameters of the equivalent circuit. These parameters are extracted to simulate the I(V) characteristic of heterojunction silicon solar cells, with Al and Al/Ag rear-metal contact. A good agreement between our analytical method and experimental measurement of electrical characteristics is obtained which show clearly how the Al/Ag rear contact can improve the characteristics of silicon solar cells. The influence of the rear-metal contact on the performance of the c-Si(p)-based bifacial HIT solar cell, i.e., the ZnO/Al/a-Si:H(n)/a-Si:H(i)/c-Si(p)/metal solar cell, is investigated in detail by computer simulation using the AFORS-HET software. Accordingly, the design optimization of the bifacial HIT solar cells on c-Si(p) substrates is provided. These simulation show an optimal conversion efficiency of 23% when the rear-metal contact is perfectly ohmic.     

梯度掺杂对n型异质结太阳能电池性能的影响

通过仿真软件AFORS-HET对a-Si:H(p)/i-a-Si:H/c-Si(n)异质结太阳能电池的光伏特性进行分析及优化,主要对比了a-Si:H(p)层的均匀掺杂和表面掺杂浓度D₁=1×10²⁰ cm^-3>界面掺杂浓度D₂=4×10¹⁹ cm^-3的梯度掺杂情况时的光伏特性,实现了在梯度掺杂时22.32%的光电转换效率。与均匀梯度掺杂相比,发射层的梯度掺杂除了引入一个附加电场,还优化了能带结构、光谱响应、表面复合速率。结果表明,梯度掺杂可以有效地改善电池的光电转换性能。     

高压射频等离子体增强化学气相沉积制备高效率硅薄膜电池的若干关键问题研究

报道了采用高压射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD) 制备高效率单结微晶硅电池和非晶硅/微晶硅叠层电池时几个关键问题的研究结果, 主要包括: 1)器件质量级本征微晶硅材料工艺窗口的确定及其结构和光电性能表征; 2)孵化层的形成机理以及减小孵化层的有效方法; 3)氢稀释调制技术对本征层晶化率分布及其对提高电池性能的作用; 4)高电导、高晶化率的微晶硅p型窗口层材料的获得, 及其对减小微晶硅电池p/i界面孵化层厚度和提高电池性能的作用等. 在解决上述问题的基础上, 采用高压RF-PECVD制备的单结微晶硅电池效率达8.16%, 非晶硅/微晶硅叠层电池效率11.61%.     

Sub-stochiometric MoOx by radio-frequency magnetron sputtering as hole-selective passivating contacts for silicon heterojunction solar cells

The silicon heterojunction (SHJ) solar cell has long been considered as one of the most promising candidates for the next-generation PV market. Transition metal oxides (TMOs) show good carrier selectivity when combined with c-Si solar cells. This has led to the rapid demonstration of the remarkable potential of TMOs (especially MoO_x) with high work function to replace the p-type a-Si:H emitting layer. MoO_x can induce a strong inversion layer on the interface of n-type c-Si, which is beneficial to the extraction and conduction of holes. In this paper, the radio-frequency (RF) magnetron sputtering is used to deposit MoO_x films. The optical, electrical and structural properties of MoO_x films are measured and analyzed, with focus on the inherent compositions and work function. Then the MoO_x films are applied into SHJ solar cells. When the MoO_x works as a buffer layer between ITO/p-a-Si:H interface in the reference SHJ solar cell, a conversion efficiency of 19.1% can be obtained. When the MoO_x is used as a hole transport layer (HTL), the device indicates a desirable conversion efficiency of 17.5%. To the best of our knowledge, this current efficiency is the highest one for the MoO_x film as HTL by RF sputtering.     

Transparent conducting indium-tin-oxide (ITO) film as full front electrode in III-V compound solar cell

The application of transparent conducting indium-tin-oxide (ITO) film as full front electrode replacing the conventional bus-bar metal electrode in III-V compound GaInP solar cell was proposed. A high-quality, non-rectifying contact between ITO and 10 nm N⁺-GaAs contact layer was formed, which is benefiting from a high carrier concentration of the terrilium-doped N⁺-GaAs layer, up to 2×10¹⁹ cm^-3. A good device performance of the GaInP solar cell with the ITO electrode was observed. This result indicates a great potential of transparent conducting films in the future fabrication of larger area flexible III-V solar cell.     

Influence of interface states,conduction band offset,and front contact on the performance of a-SiC:H(n)/c-Si(p)heterojunction solar cells

P-type silicon heterojunction(SHJ) solar cells with a-SiC:H(n) emitters were studied by numerical computer simulation in this paper. The influence of interface states, conduction band offset, and front contact on the performance of a-SiC:H(n)/c-Si(p) SHJ solar cells was investigated systematically. It is shown that the open circuit voltage(V_(oc)) and fill factor(F F) are very sensitive to these parameters. In addition, by analyzing equilibrium energy band diagram and electric field distribution, the influence mechanisms that interface states, conduction band offset, and front contact impact on the carrier transport, interface recombination and cell performance were studied in detail. Finally, the optimum parameters for the a-SiC:H(n)/c-Si(p) SHJ solar cells were provided. By employing these optimum parameters, the efficiency of SHJ solar cell based on p-type c-Si was significantly improved.