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     

纳米硅(nc-Si:H )/晶体硅(c-Si)异质结太阳电池的数值模拟分析

运用美国宾州大学发展的AMPS程序模拟分析了n-型纳米硅（n+-nc-Si:H）/p-型晶体硅(p-c-Si)异质结太阳电池的光伏特性.分析表明，界面缺陷态是决定电池性能的关键因素，显著影响电池的开路电压（VOC）和填充因子（FF），而电池的光谱响应或短路电流密度（JSC）对缓冲层的厚度较为敏感.对不同能带补偿（bandgap offset）的情况所进行的模拟分析表明，随着ΔEc的增大，由于界面态所带来的开路电压和填充因子的减小逐渐被消除，当ΔEc达到05eV左右时界面态的影响几乎完全被掩盖.界面层的其他能带结构特征对器件性能的影响还有待进一步研究.最后计算得到了这种电池理想情况下（无界面态、有背面场、正背面反射率分别为0和1）的理论极限效率ηmax=3117% (AM15，100mW/cm2，040—110μm波段).     

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.     

界面缺陷态密度与衬底电阻率取值对硅异质结光伏电池性能的影响

在异质结前界面缺陷态密度Dit1和异质结背界面缺陷态密度Dit2均取不同值时,对p型单晶硅(c-Si(p))为衬底的硅异质结太阳电池的衬底电阻率ρ与电池性能的关系进行了数值研究.结果表明:衬底电阻率的最优值ρop取决于前界面缺陷态密度Dit1,且ρop随着Dit1的增大而增大;当ρρop时,背界面缺陷态密度Dit2对衬底电阻率的可取值范围具有较大影响,Dit2越大衬底电阻率的可取值范围越小.     

新型硅基异质结和量子阱红外探测器

介绍了近年来新发展起来的几种硅基远红外探测器件，其中包括硅化物／Ｇｅｘｓｉ１－ｘ肖特基势垒型探测器，锗硅异质结内光电发射探测器，锗硅／硅多量子阱型探测器和δ掺杂阱型探测器，并就这些器件的工作原理及影响其响应率，截止波长和工作温度的因素分别进行了讨论和比较。     

锗硅量子阱中近带边光跃迁的理论和实验研究

本文研究了SiGe/Si量子阱中近带边光跃迁的产生机制,对由杂质无规分布引起的近带边光跃迁给出了一个物理模型。用此模型计算了光跃迁偶极矩,给出了跃迁偶极矩的上限。提出了未掺杂SiGe/Si量子阱中近带边光跃迁的一种跃迁机制,认为是Ge原子周围波函数畸变的集体行为。用MBE方法生长了掺杂SiGe/Si量子阱材料,在低温下观测到近带边光跃迁。     

GaN/Si单异质结太阳电池的模拟

采用wxAMPS软件模拟了GaN/Si单异质结太阳电池,研究了电池各层掺杂浓度、厚度及温度对电池开路电压(V_OC)、短路电流密度(J_SC)、填充因子(F)和光电转换效率的影响。模拟结果表明,随着Si层受主浓度的增大,J_SC减小,V_OC、F和转换效率均增大。当GaN掺杂浓度为5×10¹⁸ cm^-3、Si掺杂浓度为5×10¹⁹ cm^-3时,Si层厚度为16μm的超薄电池的转换效率可达到16.91%。随着Si层厚度的增加,V_OC、J_SC、F和转换效率均增大。GaN层厚度为0.005μm、Si层厚度为100μm时,转换效率可达到24.58%。研究结果表明,当GaN/Si单异质结太阳电池的厚度为目前最高效硅基太阳电池厚度的60%时,前者的效率达到后者的92%。研究结果有助于制备高效的GaN/Si单异质结太阳电池。     

硅异质结太阳电池中钝化层和发射层的优化设计

本征钝化层及p型发射层对硅异质结太阳电池的性能具有重要的影响.本文在常规钝化层与晶硅衬底(c-Si)之间插入一层低功率、高氢稀释比沉积的超薄缓冲层,以此来提高钝化效果,并拓宽钝化层工艺窗口.此外,设计并制备了具有宽带隙、高电导特性的重掺杂纳米晶硅/轻掺杂p型双层复合发射极.实验结果表明,双层钝化层具有更加稳定与优异的钝...     

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.     

基于有机异质结的有机-无机复合单量子阱发光性质的研究

制备了包含有机异质结的有机-无机复合单量子阱器件ITO＼SiO₂(60 nm)＼MEH-PPV(40 nm)＼Alq₃(40 nm)＼SiO₂(60 nm)＼Al。通过对这种新结构器件光致发光和电致发光的研究,发现介电限域效应和量子尺寸效应对它的发光和电学性质有明显的影响。在交流电驱动下,OISQWOH(organic-inorganic quantum well with organic heterojunction)有三个发光峰：410,510和590 nm。其中410 nm的发光与MEH-PPV的扩展态相关,510和590 nm的发光分别来源于Alq₃和MEH-PPV的激子发光。     

1.55μmSi_(1-x)Ge_x光波导与Si_(1-x)Ge_x/Si多量子阱探测器集成的优化设计

对１．５５μｍ波长的Ｓｉ１－ｘＧｅｘ光波导和Ｓｉ１－ｘＧｅｘ／Ｓｉ多量子阱（ＭＱＷ）红外探测器的集成器件结构进行了系统的分析和优化设计。优化结果为：１）对Ｓｉ１－ｘＧｅｘ光波导，Ｇｅ含量ｘ＝０．０５，脊宽、高和腐蚀深度分别为８、３和２．６μｍ；２）对Ｓｉ１－ｘＧｅｘ／Ｓｉ多量子阱红外探测器，Ｇｅ含量ｘ＝０．５，探测器由厚度为５５０ｎｍ、２３个周期的６ｎｍＳｉ０．５Ｇｅ０．５＋１７ｎｍＳｉ组成，长度约２ｍｍ。结果表明，这种结构器件的内量子效率可达８８％。     

Determination of conduction band edge characteristics of strained Si/Si1-xGex

The feature of conduction band （CB） of Tensile-Strained Si（TS-Si） on a relaxed Si1-xGex substrate is systematically investigated, including the number of equivalent CB edge energy extrema, CB energy minima, the position of the extremal point, and effective mass. Based on an analysis of symmetry under strain, the number of equivalent CB edge energy extrema is presented; Using the K.P method with the help of perturbation theory, dispersion relation near minima of CB bottom energy, derived from the linear deformation potential theory, is determined, from which the parameters, namely, the position of the extremal point, and the longitudinal and transverse masses （m1^＊ and mt^＊）are obtained.     

ITO: Zr bi-layers deposited by reactive O2 and Ar plasma with high work function for silicon heterojunction solar cells

We report the influence of reactive oxygen (O₂) and argon (Ar) plasma based ITO:Zr bi-layers for silicon heterojunction (SHJ) solar cells. The purpose of reactive O₂ sputtered ITO:Zr was to improve the Hall mobility and work function while the Ar based ITO:Zr films play an important role to maintain good electrical characteristics. The thickness of reactive O₂ based ITO:Zr films was fixed at 15 nm while Ar based films was varied from 65 to 125 nm, respectively. ITO:Zr bi-layers with the thickness of 15/105 nm deposited by O₂ and Ar plasma, respectively, showed lowest resistivity of 2.358 × 10⁻⁴ Ω cm and high Hall mobility of 39.3 cm²/V · s. All ITO:Zr bi-layers showed an average transmittance of above 80% in the visible wavelength (380–800 nm) region. Work function of ITO:Zr bi-layers was calculated from the X-ray photoelectron spectroscopic (XPS) data. The ITO:Zr work function was enhanced from 5.3 eV to 5.16 eV with the variation of ITO:Zr bi-layers from 15/65 to 15/125 nm, respectively. Front barrier height in SHJ solar cells can be modified by using TCO films with high work function. The SHJ solar cells were fabricated by employing the ITO:Zr bi-layer as front anti-reflection coating. The SHJ solar cells fabricated on ITO:Zr bi-layer with the thickness of 15/105 nm showed the best photo-voltage parameters as; V_oc = 739 mV, J_sc = 39.12 mA/cm², FF = 75.97%, η = 21.96%.     

InGaN/GaN multiple quantum well solar cells with an enhanced open-circuit voltage

In this paper,InGaN/GaN multiple quantum well solar cells (MQWSCs) with an In content of 0.15 are fabricated and studied.The short-circuit density,fill factor and open-circuit voltage (V oc) of the device are 0.7 mA/cm 2,0.40 and 2.22 V,respectively.The results exhibit a significant enhancement of V oc compared with those of InGaN-based hetero and homojunction cells.This enhancement indicates that the InGaN/GaN MQWSC offers an effective way for increasing V oc of an In-rich In x Ga 1 x N solar cell.The device exhibits an external quantum efficiency (EQE) of 36% (7%) at 388 nm (430 nm).The photovoltaic performance of the device can be improved by optimizing the structure of the InGaN/GaN multiple quantum well.     

Advantages of InGaN/GaN multiple quantum well solar cells with stepped-thickness quantum wells

InGaN/GaN multiple quantum well (MQW) solar cells with stepped-thickness quantum wells (SQW) are designed and grown by metal-organic chemical vapor deposition. The stepped-thickness quantum wells structure, in which the well thickness becomes smaller and smaller along the growth direction, reveals better crystalline quality and better spectral overlap with the solar spectrum. Consequently, the short-circuit current density (Jsc) and conversion efficiency of the solar cell are enhanced by 27.12% and 56.41% compared with the conventional structure under illumination of AM1.5G (100 mW/cm2). In addition, approaches to further promote the performance of InGaN/GaN multiple quantum well solar cells are discussed and presented.     

GaAs量子阱太阳能电池量子效率的研究

将量子阱结构引入到单结GaAs太阳能电池中能够有效扩展吸收光谱.为了研究量子阱结构在GaAs太阳能电池中的作用机理,本文采用实验和理论的方法研究了InGaAs/GaAsP量子阱结构对电池量子效率的影响.实验结果表明,量子阱结构的窄带隙阱层材料将电池的吸收光谱从890 nm扩展到1000 nm.同时,量子阱结构的引入提高了680—890 nm波长范围内的量子效率,降低了波长在680 nm以下的量子效率.通过计算得到的量子阱结构和GaAs材料的光吸收系数,可以用来解释量子阱结构对太阳能电池量子效率的影响.