高绒度掺硼氧化锌透明导电薄膜用作非晶硅太阳电池前电极的研究

将自行研制的具有优异陷光能力的掺硼氧化锌用作p-i-n型非晶硅太阳电池的前电极,并且将传统商业用U型掺氟二氧化锡作为对比电极.相比表面较为平滑的掺氟二氧化锡,掺硼氧化锌表面大类金字塔的绒面结构会在本征层生长过程中触发阴影效应,形成大量的高缺陷材料区和漏电沟道,进而恶化电池的开路电压和填充因子.在不修饰掺硼氧化锌表面形貌的情况下,通过调节非晶硅本征层的沉积温度来消弱高绒度表面形貌引起的这种不利影响,对应的电池开路电压和填充因子均出现提升.在仅有铝背电极的情况下,在本征层厚度为200 nm的情况下,以掺硼氧化锌为前电极的非晶硅太阳电池转换效率达7.34%(开路电压为0.9 V,填充因子为70.1%,短路电流密度11.7 mA/cm2).     

PIN型和NIP型硅薄膜太阳电池中绒面陷光结构和陷光性能研究

对于硅薄膜太阳电池来说, 无论是PIN型还是NIP型太阳电池, 采用绒面陷光结构来提高入射光的有效利用率是提高太阳电池效率的重要方法之一.本文采用标度相干理论对PIN和NIP型电池的绒面结构的陷光性能进行了数值模拟. 结果表明: PIN电池中前电极和NIP电池中背电极衬底粗糙度分别为160和40 nm时可获得理想的陷光效果; 在不同粗糙度背电极衬底上制备a-SiGe:H电池发现, 使用40和61.5 nm 背电极可获得相当的短路电流密度, 理论分析和实验得到了一致的结果. 关键词： 陷光结构 光散射能力 标量相干理论 硅基薄膜太阳电池     

有机光伏电池物理性能的模拟

在分析有机聚合物光伏器件物理工作过程的基础上,依据光学原理和扩散理论建立了非相干光吸收模型和激子传输模型. 模拟了限制光伏效率的光学吸收和激子扩散两个主要过程,获得了薄膜厚度与光学吸收、转换效率之间的函数关系,为增强有机薄膜的光学吸收、激子分离与传输并获得高转换效率的有机光伏电池奠定理论基础. 关键词： 有机光伏电池 光学吸收 激子扩散 模拟     

复合绒面ZnO:Al光栅增强薄膜硅电池陷光特性

探讨复合绒面ZnO:Al光栅对薄膜硅太阳能电池光俘获效率的影响.织构了由关联长度(lcor)和平均高度(have)表征的绒面,叠加到周期为980nm和槽深为160nm的一维正弦ZnO:Al光栅上,形成复合绒面ZnO:Al光栅.前电极AZO光栅,当lcor较小和have较大时,电池的短路电流较高.若lcor取0.01,则短路电流随have的增大而升高,由have=0.05时的21.93 mA/cm2增加到have=0.80时的23.80mA/cm2.置于背电极且lcor=0.01时,短路电流随have的增加而逐渐减小,由have=0.05时的25.50mA/cm2降到have=0.80时的24.81 mA/cm2.采用直流溅射和化学腐蚀方法分别制备了无绒面ZnO:Al光栅和lcor=0.01,have=0.14的复合绒面ZnO:Al光栅.反射率测试结果表明,复合绒面ZnO:Al光栅总反射率(8.3%)较无绒面ZnO:Al栅(10.2%)降低了1.9%,镜面反射率(4.7%)较无绒面ZnO:Al栅(6.8%)降低了2.1%.以实验制备的两种光栅为模型用严格耦合波方法进行模拟,计算结果表明与无绒面ZnO:Al光栅相比,复合绒面ZnO:Al光栅的总反射率和镜面反射率均显著下降.复合绒面ZnO:Al光栅由于具有较好的减反作用更适合用作薄膜电池前电极,从而得到更高的短路电流;而无绒面ZnO:Al光栅因具有较高的反射适用于背电极,能将到达背电极的光子重新返回硅吸收层而获得更高的陷光效率.     

缓冲层提高有机聚合物光伏电池性能研究

在分析有机聚合物复合体光伏电池机理及等效电路模型基础上,研究了界面旋涂缓冲层对聚合物给体/受体复合体结构光伏器件性能的影响.制备了基于P3HT/PCBM的给体 受体复合体薄膜有机光伏电池,并分别在有机活性层和ITO基底之间以及有机活性层和电极之间插入TFB和F8BT缓冲层.实验证明：在ITO和活性层之间旋涂TFB作为阳极缓冲层,可增加有机聚合物光伏器件的短路电流,在活性层和电极之间插入F8BT作为阴极缓冲层,可增大光伏器件的开路电压,提高器件的转换效率.     

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.     

镀膜法改善有机薄膜太阳能电池光学性能

有机活性材料的低载流子迁移率使得有机光伏电池的电极收集到的电荷较少。增加活性层光吸收能够增加激子的产生数从而增加电极收集到的电荷,提升器件的性能。通过对器件模拟的方法,研究以P3HT：PCBM为活性层的薄膜太阳能电池的光学性能。 在此基础上,提出采用镀多层高反射膜的方法改善电池器件的光学性能。结果表明：活性层厚度对电池器件的光吸收起到主导作用;镀多层高反射膜在活性层厚度小于160 nm、Ag厚度小于20 nm时能大幅度改善电池器件的光学性能,光生激子总数随活性层厚度的增加而迅速增多,并且在活性层厚度约为150 nm时为一个最佳值。     

铜铟镓硒薄膜太阳能电池新型图形化透明前电极研究

为了优化铜铟镓硒薄膜太阳能电池的前电极,提高铜铟镓硒薄膜太阳能电池的效率,提出了一种可应用于铜铟镓硒薄膜太阳能电池的AZO/图案化Ag薄膜/AZO结构的前电极,中间层的Ag薄膜与电池顶层的金属栅线具有完全相同的图案和尺寸,并且位于金属栅线的正下方,这种新型结构可以提高电池前电极的电学性能,但对电池来说不会带来额外的光学损失。对比了新型前电极结构与几种传统前电极的电学和光学性能,并且制备了相应的电池进行了性能对比。实验结果表明,新型的前电极结构可以提高铜铟镓硒薄膜太阳能电池的短路电流,相对传统AZO电极,电池效率从13. 83%提高到14. 53%。本结构可以明显提高电池效率。     

基于杂质光伏效应的镍掺杂对砷化镓太阳电池性能的影响

利用杂质光伏效应能够使太阳电池充分利用那些能量小于禁带宽度的太阳光子,从而提高电池的转换效率.为了更好地利用杂质光伏效应提高砷化镓太阳电池的转换效率,本文利用数值方法研究在砷化镓太阳电池中掺入镍杂质以形成杂质光伏太阳电池,分析掺镍对电池的短路电流密度、开路电压以及转换效率的影响;同时,探讨电池的陷光结构对杂质光伏太阳电池器件性能的影响.结果表明:利用杂质光伏效应掺入镍杂质能够增加子带光子的吸收,使得电池转换效率提高3.32%;转换效率的提高在于杂质光伏效应使电池的红外光谱响应得到扩展;另外,拥有良好的陷光结构是取得好的杂质光伏效应的关键.由此得出:在砷化镓太阳电池中掺镍形成杂质光伏太阳电池是一种能够提高砷化镓太阳电池转换效率的新方法.     

半透明钙钛矿太阳能电池的技术关键EI北大核心CSCD

基于ABX3晶体结构材料的新型钙钛矿太阳能电池具有光电转换效率高、可溶液加工以及低温工艺兼容等优势。与此同时,利用钙钛矿材料合成方法简单、带隙可调以及膜厚和透过率可控等优点制备的半透明钙钛矿太阳能电池为薄膜光伏的发展带来了新的契机,在建筑集成光伏和叠层光伏等领域应用前景广阔。开发高效且高稳定的半透明钙钛矿太阳能电池已成为目前光伏领域的研究重点。本文系统综述了半透明钙钛矿太阳能电池的各功能层(钙钛矿光活性层、电荷传输层和电极)材料选择、光学特性调控、电学特性优化以及制备工艺调控等技术策略,同时提出了对半透明钙钛矿太阳能电池未来发展的一些展望。     

金纳米四面体增强有机太阳电池光吸收及光伏性能研究

为增强有机太阳能电池的光利用率,提高能量转换效率,本文合成了金四面体形状的纳米粒子,并用聚苯乙烯磺酸钠(PSS)包裹形成了核壳结构的金纳米四面体(Au@PSS tetrahedra NPs).将其掺杂到有机太阳能电池空穴提取层与活性层的界面处,利用表面等离子体共振效应来增强活性层对光的吸收,从而提高有机太阳能电池的能量转换效率.研究了掺杂浓度和PSS包裹厚度对电池性能的影响.结果表明:掺杂浓度为6%时,器件性能最佳,能量转换效率达到3.08%; PSS壳层厚度优化为2.5 nm时,转换效率达到3.65%,较标准电池提升了22.9%.电池性能的改善主要源于金四面体纳米粒子的共振吸收峰位于给体材料吸收谱范围内,纳米粒子的共振促进了给体的吸收,同时PSS壳层的引入促进了激子的解离和电荷的转移,上述因素的改善提升了电池的短路电流、填充因子和转换效率.     

前后光栅周期对于双光栅结构薄膜太阳能电池光俘获效应的影响

本文用时域有限差分法对硅层等效厚度为100 nm的具有不同前后光栅周期的介质/金属双光栅结构薄膜太阳能电池进行了模拟分析,比较了三角形最佳相同与不同周期光栅结构的吸收光谱特性,分析了光栅高度、填充比、硅吸收层厚度对最佳相同和不同周期光栅结构光吸收特性的影响,以及相应结构中导致光吸收增强的共振模式.结果表明前后光栅周期为1:1的共形双光栅结构中存在光泄漏现象,偏离1:1后的光栅结构可有效地抑制低级次衍射光的泄漏,前光栅周期小于后光栅周期的结构光吸收性能的提高来自于平面波导模式在吸收层中的有效激发和传播,而前光栅周期大于后光栅周期的结构光吸收性能的提高则来自于后光栅界面上所激发的等离子体极化模式.在较厚的硅吸收层厚度,前后光栅周期比为1:2和1:3的电池结构也会出现光泄漏现象,从而使具有最大光吸收效率的结构偏离这些周期比结构的位置.     

Unlinking absorption and haze in thin film silicon solar cells front electrodes

We study the respective influence of haze and free carrier absorption (FCA) of transparent front electrodes on the photogenerated current of micromorph thin film silicon solar cells. To decouple the haze and FCA we develop bi‐layer front electrodes: a flat indium tin oxide layer assures conduction and allows us to tune FCA while the haze is adjusted by varying the thickness of a highly transparent rough ZnO layer. We show how a minimum amount of FCA leads only to a few percents absorption for a single light path but to a strong reduction of the cell current in the infrared part of the spectrum. Conversely, a current enhancement is shown with increasing front electrode haze up to a saturation of the current gain. This saturation correlates remarkably well with the haze of the front electrode calculated in silicon. This allows us to clarify the requirements for the front electrodes of micromorph cells. (© 2010 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

电极对CuPc/C60双层异质结有机太阳能电池光学性能的影响

采用传输矩阵法的光学模型以及MATLAB软件模拟了电极对CuPc/C₆₀双层异质结有机太阳能电池光学性能的影响。模拟结果表明:当把微腔结构引入到双层异质结电池时,对于入射电极,发现活性层的吸光率主要受其反射相移的影响而非其透射率,并且通过变化入射电极相移调节层到合适厚度可以使活性层吸光率相比于传统器件增加很多;而当把正负折射率交替的光子晶体引入到电池中作为背电极时,发现活性层的吸光率和背电极反射率、反射相移都有很大关系,在获得高反射率的同时可以通过调节背电极厚度从而使活性层在整个吸收光谱内的吸光率大于传统器件。     

肖特基钙钛矿太阳电池结构设计与优化

有机-无机杂化钙钛矿材料有高吸收系数、低廉的制作成本以及较为简单的制备工艺,在近年来表现出良好的发展前景.本文采用wx-AMPS模拟软件对平面结构钙钛矿太阳电池和肖特基钙钛矿太阳电池进行建模仿真对比,从理论上分析无载流子传输层的肖特基钙钛矿太阳电池的优势.结果显示,器件两侧电极功函数和吸收层的能带分布是提高太阳电池效率的关键.在对电极使用Au(功函数为5.1 eV)的前提下,透明导电电极功函数为3.8 eV,可以得到肖特基钙钛矿太阳电池转换效率为17.93%.对器件模型吸收层进行优化,通过寻找合适的掺杂浓度,抑制缺陷密度,确定合适的厚度,可以获得理想的转换效率(20.01%),是平面异质结结构(理论转换效率31%)的63.84%.肖特基钙钛矿太阳电池在简单的器件结构下可以获得优异的光电性能,具有较好的应用潜力.     

Optimization of transparent conductor-embedding front electrodes for efficient light management

An optically and electrically optimum designed front electrode is reported by using a transparent conductive oxide (TCO) film integration. A substantial enhancement of light absorption was achieved by reduction of silver (Ag) grid shading losses while holding a similar series resistance. This obviously improves the solar cell efficiency with a significant reduction in the use of Ag shading area by one fourth. Due to the optical and electrical excellent indium-tin-oxide (ITO), the TCO benefits to widen the light transparent surface and spontaneously works as an anti-reflection coating layer.We have demonstrated that a trade-off between the optical and the electrical aspects should be considered to transfer the optical benefit by ITO supporting transparent electrode to the practical electrical advantage of current enhancement. Transmission line method was applied to profile the variation of contact resistances and specific contact resistance for optimum design of ITO-integrated front electrodes.     

Electrochemically deposited poly(3-methylthiophene) performance in single layer photovoltaic devices

Photovoltaic devices based on electrochemically synthesized poly(3-methylthiophene) PMeT were constructed and characterized. The charge mobility for positive carriers of this polymer is quite high, 4 x 10^-4 cm²/Vs, being attractive for optoelectronic devices. In single layer photovoltaic devices with PMeT active layer electrochemically deposited onto indium-tin oxide substrate with aluminum as top electrode we have obtained short-circuit current density of 0.31 A/m², open-circuit voltage of 1 V and power conversion efficiency of 0.14% at 100 W/m² white light irradiance.Received: 17 October 2003PACS: 73.50.Pz Photoconduction and photovoltaic effects - 73.61.Ph Polymers; organic compounds - 73.50.Gr Charge carriers: generation, recombination, lifetime, trapping, mean free paths - 73.40.Sx Metal-semiconductor-metal structures     

Enhanced photon generation in a Nb/n-InGaAs/p-InP superconductor/semiconductor-diode light emitting device

We experimentally demonstrate Cooper pairs' drastic enhancement of the band-to-band radiative recombination rate in a semiconductor. Electron Cooper pairs injected from a superconducting electrode into an active layer by the proximity effect recombine with holes injected from a p-type electrode. The recombination of a Cooper pair with p-type carriers dramatically increases the photon generation probability of a light-emitting diode in the optical-fiber communication band. The measured radiative decay time rapidly decreases with decreasing temperature below the superconducting transition temperature of the niobium electrodes. Our results indicate the possibility to open up new interdisciplinary fields between superconductivity and optoelectronics.     

不同厚度的活性层及阴极的改变对聚合物太阳电池性能的影响

以MEH-PPV(poly(2-methoxy-5-(2'-ethylhexoxy)-1,4-phenylene vinylene))为电子给体材料, PCBM(1-(3-methoxycarbonyl)-propyl-1-1-phenyl-(6,6)C₆₁)为电子受体材料, 制成了共混体系太阳电池.研究了不同厚度活性层对太阳电池性能的影响.结果表明, 活性层厚度为100 nm时,太阳电池具有最佳性能.活性层厚度的增加,增大了光生电荷的复合,减少了太阳电池的填充因子,从而减少了太阳电 关键词： 太阳电池 厚度 电极 性能     

Enhanced light extraction of GaN-based light-emitting diodes with periodic textured SiO_2 on Al-doped ZnO transparent conductive layer

We report an effective enhancement in light extraction of Ga N-based light-emitting diodes(LEDs) with an Al-doped Zn O(AZO) transparent conductive layer by incorporating a top regular textured SiO_2 layer. The 2 inch transparent throughpore anodic aluminum oxide(AAO) membrane was fabricated and used as the etching mask. The periodic pore with a pitch of about 410 nm was successfully transferred to the surface of the SiO_2 layer without any etching damages to the AZO layer and the electrodes. The light output power was enhanced by 19% at 20 m A and 56% at 100 m A compared to that of the planar LEDs without a patterned surface. This approach offers a technique to fabricate a low-cost and large-area regular pattern on the LED chip for achieving enhanced light extraction without an obvious increase of the forward voltage.