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     

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.     

中间带对ZnO/ZnTe光伏太阳能电池性能的影响

中间带光伏太阳电池是为了充分利用太阳光谱中的红外光子能量而提出的一种高效率新概念太阳电池。II-VI和III-V族高失配合金半导体是新型高效中间带太阳电池的优选材料体系。采用太阳电池电容模拟软件(SCAPS),模拟出具有中间带的ZnTe:O高失配合金作为本征层时的太阳电池的性能参数,并与ZnO/ZnTe及ZnO/ZnTe/ZnTe的太阳电池对比分析。结果表明:本征层的存在及材料结构对太阳电池性能有显著影响,具有中间带的ZnTe:O作为本征层时的电池性能参数明显优于ZnO/ZnTe和ZnO/ZnTe/ZnTe;不同掺杂类型的ZnTe:O本征层通过改变费米能级在中间带的位置影响太阳电池的性能参数。模拟结果显示:n型ZnTe:O作为本征层时短路电流密度JSC及电池效率分别为52.39mA/cm2和61.58%,远高于p型ZnTe:O结构太阳电池。     

Graphene/Ag2ZnSnSe4诱导p-n结薄膜太阳电池数值模拟

银锌锡硒(Ag2ZnSnSe4)是一种禁带宽度为1.4 eV的n型半导体材料.本文提出一种由n型Ag2ZnSnSe4与石墨烯(Graphene)组成的Graphene/Ag2ZnSnSe4诱导p-n结薄膜太阳电池,并借助wxAMPS软件对电池的物理机理和性能影响因素进行模拟研究.模拟结果表明,高功函数的石墨烯与n型Ag2ZnSnSe4半导体接触时,Ag2ZnSnSe4吸收层的前端能带向上弯曲,在n型Ag2ZnSnSe4吸收层表面诱导形成p型Ag2ZnSnSe4反型层,p型Ag2ZnSnSe4和n型Ag2ZnSnSe4组成p-n同质结.模拟发现石墨烯和背接触的功函数会影响载流子的分离、输运和收集,严重影响器件性能,石墨烯功函数达到5.5 eV,背接触功函数不高于4.4 eV,都有利于提高器件性能.Ag2ZnSnSe4吸收层的掺杂浓度主要影响器件的短路电流,而Ag2ZnSnSe4吸收层的体内缺陷对器件整体性能产生影响.在石墨烯和背接触功函数分别为5.5和3.8 eV,Ag2ZnSnSe4吸收层的掺杂浓度和缺陷密度分别为1016和1014 cm–3时,Graphene/Ag2ZnSnSe4诱导p-n结薄膜太阳电池能够取得高达23.42%的效率.这些模拟结果为设计新型高效低成本太阳电池提供了思路和物理阐释.     

p种子层对单室制备微晶硅电池性能的影响

采用单室等离子体化学气相沉积技术沉积pin微晶硅电池时,硼污染降低了本征材料的晶化率并影响了p/i界面特性.针对该问题文中采用p种子层技术,即在沉积p层后采取高的H₂/SiH₄比率及适当的功率又沉积一个薄的p层,初步研究了p种子层对微晶硅i层纵向均匀性及电池性能的影响.实验结果表明：采用此方法能改善p/i界面特性,提高本征材料纵向结构的均匀性并降低硼对本征层的污染,有效地提高单结微晶硅电池的性能.最后,通过优化沉积条件,制备得到光电转换效率为881%（1 cm 关键词： 单室 甚高频等离子体增强化学气相沉积 微晶硅太阳电池 p种子层     

模拟分析少子复合速率及吸收层对HIT太阳电池性能的影响

采用AMPS-1D程序模拟分析了前后接触少子复合速率以及吸收层的厚度和少子迁移率对非晶硅/单晶硅异质结太阳电池光伏性能的影响.模拟发现,与太阳电池的前接触少子复合速率相比,背接触少子复合速率对太阳电池光伏性能的影响更为显著.吸收层单晶硅的厚度对太阳电池光伏性能的影响要受到单晶硅隙间缺陷态密度以及背接触少子复合速率的制约.当背接触复合占主要地位时,吸收层越厚电池的转换效率越高;当吸收层隙间缺陷复合占主要地位时,电池的转换效率在某一厚度处达到峰值.吸收层的少子迁移率对太阳电池性能的影响,也要受到背接触少子复合速率的制约.当背接触复合速率较低时,少子迁移率越大,电池的转换效率越高;当背接触复合速率较高时,少子迁移率越小,电池的转换效率越高.     

模拟分析少子复合速率及吸收层对HIT太阳电池性能的影响

采用AMPS-1D程序模拟分析了前后接触少子复合速率以及吸收层的厚度和少子迁移率对非晶硅/单晶硅异质结太阳电池光伏性能的影响.模拟发现,与太阳电池的前接触少子复合速率相比,背接触少子复合速率对太阳电池光伏性能的影响更为显著.吸收层单晶硅的厚度对太阳电池光伏性能的影响要受到单晶硅隙间缺陷态密度以及背接触少子复合速率的制约.当背接触复合占主要地位时,吸收层越厚电池的转换效率越高;当吸收层隙间缺陷复合占主要地位时,电池的转换效率在某一厚度处达到峰值.吸收层的少子迁移率对太阳电池性能的影响,也要受到背接触少子复合速率的制约.当背接触复合速率较低时,少子迁移率越大,电池的转换效率越高;当背接触复合速率较高时,少子迁移率越小,电池的转换效率越高.     

p-n型GaInP_2/GaAs叠层太阳电池研究

报道了对p n型GaInP2 GaAs叠层太阳电池的研究结果 .采用低压金属有机物化学气相沉积工艺制备电池样品 .通过对GaInP2 顶电池中场助收集效应的计算机模拟 ,提出用p p- n- n 结构取代常用的p n结构 ,显著改善了GaInP2 顶电池和GaInP2 GaAs叠层太阳电池的光伏性能 ,使其光电转换效率 (Eff)分别达到 14 2 6 %和 2 3 82 %(AM0 ,2 5℃ ,2× 2cm2 )     

p-n 型GaInP2/GaAs叠层太阳电池研究

报道了对p-n型 GaInP2/GaAs叠层太阳电池的研究结果.采用低压金属有机物化学气相沉积工艺制备电池样品.通过对GaInP2顶电池中场助收集效应的计算机模拟，提出用p+p-n-n+结构取代常用的p+n 结构，显著改善了GaInP2顶电池和GaInP2/GaAs叠层太阳电池的光伏性能，使其光电转换效率(Eff)分别达到14.26% 和23.82% (AM0, 25℃, 2×2cm2). 关键词： 场助收集效应 镓铟磷 砷化镓 叠层太阳电池     

柔性衬底非晶硅薄膜太阳电池界面处理的研究

通过实验和模拟计算对比分析了i/p界面过渡层对太阳电池性能的影响．结合具体实验工艺参数,模拟计算了不同带隙和缺陷态密度的过渡层对太阳电池的影响,同时结合实验情况重现了宽带隙高缺陷态密度过渡层对太阳电池的损伤,为实验结果提供了理论依据．通过优化调整i/p界面过渡层的制备方法得到了转换效率为7.09%的聚酰亚胺衬底非晶硅薄膜太阳电池． 关键词： 柔性衬底 太阳电池 AMPS 模拟计算     

p-InGaN层厚度对p-i-n结构InGaN太阳电池性能的影响及机理

研究了p-lnGaN层厚度对p-i-n结构InGaN太阳电池性能的影响.模拟计算发现,随着p-InGaN层厚度的增加,InGaN太阳电池效率降低.较差的p-InGaN欧姆接触特性会破坏InGaN太阳电池性能.计算结果还表明,无论欧姆接触特性好坏,随着p-InGaN层厚度的增加,短路电流下降是导致InGaN电池效率降低的主要原因.选择较薄的p-InGaN层有利于提高p-i-n结构InGaN太阳电池的效率.     

p层空穴浓度及厚度对InGaN同质结太阳电池性能的影响机理研究

采用数值模拟的方法,研究了p层空穴浓度和厚度对不同铟组分InGaNp-i-n同质结太阳电池性能的影响规律及其内在机理.模拟计算的结果显示:随着p层空穴浓度和厚度的增加,太阳电池的转换效率均呈先增加、后略微下降的趋势;而且铟组分越高,p层空穴浓度和厚度的影响越大.为更好地理解这一规律,本文从太阳电池的收集效率、I-V特性、内建电场和载流子输运等方面分析,阐述了其背后的物理机理;研究结果对InGaN太阳电池的结构设计及实验制备有一定的理论指导意义.     

结构参数对p-i-n结构InGaN太阳能电池性能的影响及机理

研究了器件结构参数对p-i-n结构InGaN单结太阳能电池性能的影响及物理机制. 模拟结果发现: 随着InGaN禁带宽度的增加, InGaN电池的短路电流减小, 但同时开路电压增加, 当InGaN层的禁带宽度为1.5 eV左右时, 同质p-i-n结InGaN电池的效率最高, 并计算了不同厚度的i层对InGaN电池效率的影响. 进一步的计算表明, 适当采用带宽更大的p-InGaN层形成异质p-i-n结InGaN电池可以获得更高效率, 但是p-InGaN层带宽过大也会导致电池的效率急剧下降. 研究还发现, 采用禁带宽度更大的n-InGaN层可以形成背电场, 从而增加p-i-n结InGaN太阳电池的效率. 研究结果表明, 适当选择p-InGaN和n-InGaN禁带宽度形成异质p-i-n结可以提高InGaN太阳能电池效率.     

ZnS/CdS复合窗口层对CdTe太阳能电池短波光谱响应的影响

采用磁控溅射法制备了ZnS/CdS复合窗口层,并将其应用于CdTe太阳能电池。对所制备薄膜的形貌和结构等进行了研究。测试了具有不同窗口层的CdTe太阳电池的量子效率和光Ⅰ-Ⅴ特性,分析了ZnS薄膜制备条件对CdTe电池器件性能影响;研究了CdS薄膜厚度和ZnS/CdS复合窗口层对短波区透过率以及CdTe太阳电池的光谱响应的影响。着重研究了具有ZnS/CdS复合窗口层的CdTe太阳电池的短波光谱响应。结果表明,CdS窗口层厚度从100 nm减至50 nm后,其对短波区光子透过率平均提高了18.3%,CdTe太阳电池短波区光谱响应平均提高了27.6%。衬底温度250 ℃条件下制备的ZnS晶粒尺寸小于室温下制备的ZnS。具有ZnS/CdS复合窗口层的CdTe电池中,采用衬底温度250 ℃沉积ZnS薄膜来制备窗口层的电池器件,其性能要优于室温下沉积ZnS制备窗口层的电池器件。这说明晶粒尺寸的大小对电子输运有一定影响。在相同厚度CdS的前提下,具有ZnS/CdS复合窗口层的CdTe电池比具有CdS窗口层在短波的光谱响应提高了约2%。这说明ZnS/CdS复合窗口层能够做到减少对短波光子的吸收,从而使更多的光子被CdTe电池的吸收层吸收。     

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%.     

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.     

低速p/i界面缓冲层对高速沉积微晶硅太阳电池性能的影响

在采用高压高功率的甚高频等离子体增强化学气相沉积(VHF-PECVD)技术高速沉积微晶硅(μc-Si：H)太阳电池过程中,产生的高能离子对薄膜表面的轰击作用会降低薄膜质量和破坏p型掺杂层(p层)与本征层(i层)之间的界面特性.针对该问题提出在电池中引入低速沉积的p/i界面层的方法,即在p层上先低速沉积一薄层本征μc-Si：H薄膜,然后再高速沉积本征μc-Si：H薄膜.实验结果表明,引入低速方法沉积的界面层有效地提高了p/i界面特性和i层微结构的纵向均匀性,而随界面层厚度的增加,i层中的缺陷态先降低后增加, 关键词： μc-Si：H太阳电池 甚高频等离子体增强化学气相沉积 p/i界面层     

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.     

n型掺杂层结构对n-i-p型微晶硅电池性能和光致衰退特性的影响

采用射频化学气相沉积法,制备了一系列具有不同晶化率n型掺杂层的n-i-p结构微晶硅薄膜太阳电池.发现本征层的结构很大程度上依赖于n型掺杂层的结构,特别是n/i界面处的孵化层厚度以及本征层的晶化率.该系列太阳电池在100 mW/cm²的白光下照射400 h,实验结果证实了本征层晶化率最大（X_c(i)=65%）的电池性能表现出最低的光致衰退率.拥有非晶/微晶过渡区n型掺杂层的电池（本征层晶化率X_c(i)=54%）分别 关键词： 微晶硅 n-i-p结构太阳电池 光致衰退 晶化率