对硅薄膜型太阳电池的一些思考

在当前迅速发展的绿色环保能源中,硅太阳电池一直占据着首要地位.然而晶体硅太阳电池(单晶硅和多晶硅)由于价格昂贵和材料短缺已不能满足绿色能源快速发展的需要.因此,薄膜型太阳电池已经被视为今后发展的主要方向.非晶硅薄膜太阳电池虽然在性能上还具有不少缺点,但随着薄膜沉积技术的改进以及膜本身质量的不断提高,它在太阳电池领域中仍占有一席之地.多晶硅薄膜太阳电池集晶体硅与非晶硅电池的优点为一体,也受到人们的关注.然而,后起之秀纳米硅薄膜太阳电池,依靠其本身的优越性以及当前纳米技术的进展,将会成为一个新的亮点.     

BF+2注入多晶硅栅F迁移特性的分析与模拟

在深入分析BF⁺₂注入多晶硅栅F在多晶硅栅中迁移特性的基础上，建立了F在多晶硅栅中的迁移方程.采用有限差分法，模拟了BF⁺₂注入多晶硅栅F在多晶硅栅中的分布.模拟结果与二次离子质谱(SIMS)分析结果相符.给出了80keV，2×10¹⁵cm^-2 BF⁺₂注入多晶硅栅900℃，30min退火条件下F在多晶硅中的发射系数e=6×10关键词：     

步进扫描时间分辨光谱及其在太阳电池光电导上的应用

建立傅里叶变换步进扫描时间分辨光电导光谱，并研究太阳电池中与转换效率密切相关的少数载流子寿命.实验选取三种典型的硅太阳电池(单晶硅样品1、多晶硅样品2和多晶硅样品3 )，发现其瞬态光电导的上升和衰退曲线可以分别用两个简单的指数函数描述.由于有复合中心的参与，复合过程中少数载流子的寿命比产生过程中的寿命短.为验证实验结果的可靠性，采用了提取样品少数载流子的体寿命和计算其有效扩散长度两种方法.通过与太阳电池暗伏安特性和负载特性研究相结合，进一步分析和讨论了少数载流子寿命与短路电流、开路电压和转换效率的关系.同时探讨了步进扫描时间分辨光谱实验的其他用途. 关键词： 步进扫描 时间分辨 硅太阳电池 瞬态光电导     

潘宁源放电的全三维电磁粒子模拟/蒙特卡罗碰撞数值算法研究

深入研究潘宁放电的物理机制, 研制了全三维高品质算法粒子模拟软件(PIC), 设计并添加了相应物理情景的蒙特卡罗碰撞模块(MCC), 并对电子、氢分子离子(H₂⁺)、氢正离子(H⁺)、氢三正离子(H₃⁺)同时进行了跟踪, 成功研制了全三维电磁PIC/MCC数值算法. 结合国内研究较热的潘宁放电模型, 对该算法进行模拟验证. 模拟结果显示: 采用有效的滤波算法能抑制电磁数值噪声, 电子能量呈麦克斯韦分布, 由于电子的径向漂移和加速导致离子源顶端H₂⁺产量较大. 关键词： 潘宁离子源 高品质算法 粒子模拟/蒙特卡罗     

Fe+注入植物种子射程实验的Monte-Carlo仿真

研究表明,TRIM程序运算结果与实验测量离子注入种子的射程分布数据相差甚远.本文根据种子微结构的特点,综合考虑多种因素,设计种子微结构模型和运算程序,用Monte-Carlo仿真不同能量（110 keV,20 keV,200 keV）、不同注量（2×10¹⁶ ions·cm^-2,5×10¹⁶ ions·cm^-2,10¹⁷ ions·cm^-2,2×10¹⁷ ions·cm^-2）的Fe⁺注入花生、彩棉、小麦种子的射程分布,结果显示本设计程序仿真的结果与实验测量数据较为吻合.所获得的注入离子与种子微结构相互作用的随机抽样模拟运算方法,为离子注入与生命体相互作用的理论研究提供新的思路.     

七种离子注入砷化镓的射程统计参数计算

采用逐级校正法数值求解LSS方程,计算了Be⁺,N⁺,Ne⁺,Mg⁺,Si⁺,Ar⁺,Cr⁺共七种离子注入到砷化镓靶中的射程统计参数R_p,△R_p,R_⊥提出了计算R_p,△R_p,R_⊥时简单的初值计算公式,既可避免能量零点发散,并有足够的计算精度。所提出的β积分表式,可大大节省机器计算时间。所使用的数值方法和计算程序也适用于其它离子注入到其它靶材料的计算。 关键词：     

BF2+注入多晶硅栅常规热退火氟迁移特性的二次离子质谱分析

借助二次离子质谱（SIMS）技术，深入地、系统地分析了80keV，2×10¹⁵ cm^-2BF₂⁺注入多晶硅栅在常规热退火条件下，F在多晶硅栅中的分布及迁移特性．F在多晶硅栅中的迁移，不但存在着扩散机制，而且还存在着发射和吸收机制，据此成功地解释了实验结果 关键词：     

As+注入硅的紫外-可见椭圆偏振光谱

本文采用椭圆偏振光谱法研究了剂量为1×10¹⁶—3×10¹²cm^-2的As⁺注入硅,及其在700℃退火后的光学性质。得出:当As⁺注入剂量增大到某一程度后,便呈非晶特性。低于临界剂量的样品,其n-λ,ε₂-λ关系曲线随剂量的增大而往下方移动,呈有规律变化;退火后,在大于4000?波段,n-λ与ε₂-λ曲线基本恢复到单晶硅状态。但在小于4000?的紫外区却未完全恢复,注入剂量越大,偏离单晶硅就越大。并指出,紫外光区是离子注入硅的信息敏感区;用有效质量模型计算出注入剂量与损伤度的关系。计算结果与实验符合得较好。 关键词：     

Si/Ge/Si异质横向SPiN二极管固态等离子体解析模型

采用横向表面PiN(SPiN)二极管构造的硅基可重构天线具有众多优于传统天线的独特优势, 是实现天线小型化和提升雷达与微波通信系统性能的有效技术途径. 本文提出一种Si/Ge/Si异质横向SPiN二极管, 并基于双极扩散模型与Fletcher型边界条件, 在大注入条件下建立了二极管结电压、电流密度与本征区固态等离子体浓度分布解析模型, 并数值模拟分析了本征区长度、P⁺与N⁺区掺杂浓度、外加电压对所建模型的影响. 结果表明, 固态等离子体浓度随本征区长度的增加下降, 随外加电压的增加而指数上升, 随P⁺与N⁺区掺杂浓度的提高而上升, 电流密度随外加电压的增加而指数上升. 同等条件下, 异质SPiN二极管的固态等离子体浓度相比同质二极管提高近7倍以上. 本文所建模型为硅基可重构天线的设计与应用提供有效的参考.     

非晶硅太阳电池的光伏检测磁共振研究

本文利用光伏检测磁共振(PDMR)方法初步研究了p⁺in⁺ a-Si:H太阳电池中与自旋状态有关的复合机制。研究表明太阳电池的制作工艺不同,相应的PDMR共振信号的线型和g因子亦不同,因而起支配作用的复合过程不同。根据PDMR结果讨论了a-Si:H膜的生长速度、衬底温度、本征层厚度等对太阳电池性能的影响。 关键词：     

载流子选择性接触:高效硅太阳电池的选择

太阳电池可看成由光子吸收层和接触层两个基本单元组成,接触层是高复合活性金属界面和光子吸收层之间的区域.为了进一步提高硅太阳电池的转换效率,关键是降低光子吸收层和接触之间的复合损失.近年来,载流子选择性接触引起了光伏界的研究兴趣,其被认为是接近硅太阳电池效率理论极限的最后的障碍之一.本文分析了三种类型的载流子选择性接触:在光子吸收层与金属界面之间引入薄的重掺杂层,即所谓的发射极或背面场;利用两种材料之间的导带或价带对齐;利用高功函数的金属氧化物与晶硅接触从而在晶硅中感应能带弯曲.基于一维太阳电池模拟软件wx AMPS,模拟了扩散同质结硅太阳电池[结构为(p~+)c-Si/(n)c-Si/(n~+)c-Si]、非晶硅薄膜硅异质结太阳电池[结构为(p~+)a-Si/(i)a-Si/(n)c-Si/(i)a-Si/(n~+)a-Si]和氧化物薄膜硅异质结太阳电池[结构为(n)MoO_x/(n)c-Si/(n)TiO_x]暗态下的能带结构和载流子浓度的空间分布,其中c-Si为晶硅;a-Si为非晶硅;(i),(n)和(p)分别表示本征、n型掺杂和p型掺杂.模拟结果表明:载流子选择性接触的核心是在接触处晶硅表面附近形成载流子浓度空间分布的不对称进而使得电导率的不对称,形成了对电子的高阻和空穴的低阻或者对空穴的高阻和电子的低阻,从而让空穴轻松通过同时阻挡电子,或者让电子轻松通过同时阻挡空穴,形成空穴选择性接触或者电子选择性接触.     

Effect of temperature on crystalline silicon solar cells processed from chemical and metallurgical route

Effect of temperature on monocrystalline and multicrystalline silicon solar cells processed from chemical (EG-Si) and metallurgical (SoG_M-Si) routes was investigated in the range of 280–350 K. The temperature coefficients of important parameters related with the cell property were discussed. Experimental results indicate that the T-coefficient of conversion efficiency (η) of multicrystalline EG-Si cell processed from chemical is only 68% that of the monocrystalline EG-Si cell. Furthermore, the η of both types of SoG_M-Si cells decrease much less than that of the EG-Si cells with the increase in temperature. Additionally, the recombination fraction, the minority carrier lifetime, the carrier mobility decrease and the band-gap shrinkage were also investigated to reveal the intrinsic temperature dependence mechanism. In order to confirm the results, we used numerical simulation software AMPS-1D (analysis of microelectronic and photonic structure in one dimension program) to simulate the temperature dependence of solar cell performances. The results of numerical simulation were basically consistent with the experimental results.     

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.     

A new proposal for Si tandem solar cell: Significant efficiency enhancement in 3C–SiC/Si

In order to considerable enhancement of the efficiency of silicon solar cells, in this paper, for the first time, we present a new proposal for silicon based tandem solar cells. For investigation of this idea, we have evaluated the characteristics of 3C–SiC/Si crystalline tandem solar cells connected series by a tunneling junction, under air mass 1.5 global irradiance spectrums. A 2D simulation including the effects of surface passivation, back surface field (BSF), and carrier tunneling have been performed to obtain the optical and electrical characteristics of single junction silicon, 3C–SiC, and finally the tandem cells. The obtained data illustrate that the best design parameters considering the experimental limitations can be obtained. High energy conversion efficiency for the proposed structure of 26.09% has been achieved for 3C–SiC/Si tandem structure driven by 20.49% and 17.86% conversion efficiencies of single junction Si and 3C–SiC solar cells, respectively. Our results justifies that the higher conversion efficiency of the Si-based tandem structure compared with 3C–SiC and Si cells stems from enhancement of open circuit voltage and fill factor parameter at the hands of decrease in short circuit current limited by the top 3C–SiC cell.     

低温退火磷吸杂工艺对低少子寿命铸造多晶硅电性能的影响

本文针对低少子寿命铸造多晶硅片进行试验, 通过一种将多温度梯度磷扩散吸杂工艺与低温退火工艺结合的新型低温退火吸杂工艺, 去除低少子寿命多晶硅片中影响其电性能的Fe杂质及部分晶体缺陷, 提高低少子寿命多晶硅所生产的太阳电池各项电性能. 通过低温退火磷扩散吸杂工艺与其他磷扩散吸杂工艺的比较, 证明了低温退火吸杂工艺具有更好的磷吸杂和修复晶体缺陷的作用. IV-measurement发现经过低温退火工艺处理后的低少子寿命多晶硅, 制备的太阳电池光电转换效率比其他实验组高0.2%, 表明该工艺能有效地提高低少子寿命多晶硅太阳电池各项电性能参数及电池质量. 本研究结果表明新型低温退火磷吸杂工艺可将低少子寿命硅片应用于大规模太阳电池生产中, 提高铸造多晶硅材料在太阳能领域的利用率, 节约铸造多晶硅的生产成本. 关键词： 低温退火 磷吸杂 低少子寿命多晶硅 太阳电池     

单晶硅表面均匀小尺寸金字塔制备及其特性研究

表面织构是一种通过有效的光俘获增加短路电流从而提高太阳电池效率的主要途径之一.在加入间隙式超声和NaClO添加剂的碱性四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液中对单晶硅表面进行织构化处理,研究超声与NaClO在织构过程中对金字塔成核和生长的影响,以及金字塔大小对高温工艺之后的单晶硅少子寿命的影响.研究表明,通过在织构溶液中加入间隙式超声控制气泡停留在硅片表面的时间和脱离硅片表面速度,增强了小尺寸金字塔的均匀分布.织构之后硅片在AM1.5G光谱下的加权平均反射率能够达到12.4%,在高温扩散和氧化之后少子寿命的大小与金字塔大小之间存在近似于指数衰减函数的关系. 关键词： 表面织构化 反射率 少子寿命 单晶硅太阳电池     

Amorphous/crystalline silicon heterojunction solar cells with black silicon texture

Excellent passivation of black silicon surfaces by thin amorphous silicon layers deposited with plasma enhanced chemical vapor deposition is demonstrated. Minority charge carrier lifetimes of 1.3 milliseconds, enabling an implied open‐circuit voltage of 714 mV, were achieved. The influence of amorphous silicon parasitic epitaxial growth and thickness, as well as of the texture depth is investigated. Furthermore, quantum efficiency gains for wavelengths above 600 nm, as compared to random textured solar cells, are demonstrated in 17.2% efficient amorphous–crystalline silicon heterojunction solar cells with black silicon texture. (© 2014 WILEY‐VCH Verlag GmbH &Co. KGaA, Weinheim)     

High-temperature processing of crystalline silicon thin-film solar cells

The crystalline silicon thin-film solar cell combines, in principle, the advantages of crystalline silicon wafer-based solar cells and of thin-film solar cell technologies. Its efficiency potential is the highest of all thin-film cells. In the “high-temperature approach” thin silicon layers are deposited on substrates that withstand processing temperatures higher than 1000 °C. The basic features of the high-temperature crystalline silicon thin-film cell technology are described and some important results are discussed. Received: 1 March 1999 / Accepted: 28 March 1999 / Published online: 24 June 1999     

硅太阳能电池的调制载流子红外辐射动态响应与参数分析

建立了调制激光诱发硅太阳能电池的少数载流子密度波数学模型,并利用光致载流子辐射检测掺杂浓度、阻抗及载流子输运参数. 对频域响应曲线中的双弯曲效应进行了研究,构建了小交流信号作用的太阳能电池等效电路拓扑结构,仿真分析了不同掺杂浓度、阻抗电阻和载流子传输参数对频响曲线拐点的影响. 通过光致载流子辐射频域扫描实验与多参数拟合检测了单晶硅太阳电池的施/受主浓度、并联电阻和载流子输运参数. 结果表明：光致载流子辐射技术检测大面积太阳能电池频响曲线的双弯曲是由电容效应所引起的,建立的数学模型可定量描述和预测检测结果,并用于测量太阳能电池的掺杂浓度、电阻和载流子输运参数. 关键词： 调制自由载流子辐射 扫频检测 PN结电容 参数测量     

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.