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.     

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.     

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。     

CdTe太阳电池的不同背电极和背接触层的特性研究

用Ni替代Au来作为CdTe太阳电池的背电极，比较了Ni,Ni/Au,Au/Ni及Au背电极对电池性能的影响.发现Ni作为背电极和ZnTe/ZnTe:Cu复合层接触，电池的开路电压V_oc略有降低，填充因子FF有增有减，变化幅度不大，但因短路电流I_sc有较大的提高，转换效率η平均增长4％.测试了不同背电极的CdTe太阳电池的暗I-V和C-V特性，对背电极剥离后的样品进行了XPS测试分析.结果表明，Ni扩散到ZnTe/ZnTe:Cu复合层的深度比Au多，且大多呈离子态，与ZnTe/ZnTe:Cu复合层中的富Te离子形成Ni_xTe，提高了掺杂浓度，使电池性能获得改善. 关键词： 金属背电极 复合背接触层 转换效率 CdTe太阳电池     

基于氧化镍背接触缓冲层碲化镉薄膜太阳电池的研究

采用电子束蒸发法制备了NiO薄膜,并对其作为碲化镉薄膜太阳电池背接触缓冲层材料进行了相关研究.NiO缓冲层的加入使得碲化镉太阳电池开路电压显著增大.通过X射线光电子能谱测试得到的NiO/CdTe界面能带图表明NiO和CdTe的能带匹配度很好.NiO是宽禁带P型半导体材料,在电池背接触处形成背场,减少了电子在背表面处的复合,从而提高电池开路电压.通过优化NiO薄膜厚度,制备得到转换效率为12.2%、开路电压为789 mV的碲化镉太阳电池.研究证实NiO是用来制备高转换效率、高稳定性碲化镉薄膜太阳电池的一种极有前景的缓冲层材料.     

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.     

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.     

氧化镁层对石墨烯/硅太阳能电池的界面优化

为了探究石墨烯/硅太阳能电池的铝/硅背接触特性,采用连续蒸镀的方法在铝/硅背接触间插入一层氧化镁介质层,对比测试具有不同厚度氧化镁层的电池的电流-电压特性、外量子效应、电池的串联电阻以及背接触电阻。研究表明:随着氧化镁厚度的增加,电池的光电转换效率、串联电阻以及背接触电阻存在先增大后降低的趋势,当氧化镁的厚度为1nm时的光电转化效率最优,达到5.53%,厚度为0nm时,光电转换效率为2.90%;当氧化镁的厚度为0nm和1nm时,相应的串联电阻(背接触电阻)分别为4.1Ω(9.6Ω)和1.8Ω(3.2Ω).     

吸收层特性和异质结界面电荷对12.5 μm长波HgCdTe光伏探测器响应率的影响研究

研究了12.5 μm长波HgCdTe探测器的吸收层厚度和异质结界面电荷对器件光响应率的影响.分析了吸收层厚度与吸收长度、扩散长度之间的联系,获得了设计最佳吸收层厚度的经验公式.研究结果显示入射光波长超过截止波长时,响应率随吸收层厚度增加单调增加,并逐渐饱和.响应率峰值对应的波长随吸收层厚度增加,有向长波偏移的趋势.最佳吸收层厚度值随少子寿命或入射光波长的增大而增大.同时,研究了衬底、钝化层与HgCdTe材料之间异质界面电荷对光响应率的影响,发现正的界面电荷在衬底异质结界面处形成诱导pn结,对响应率影响显著 关键词： 长波HgCdTe器件 光伏型红外探测器 光响应率 少子寿命     

弱光下锑基太阳电池的光谱响应与性能优化

锑基薄膜太阳电池因其制备方法简单,原材料丰富,光电性能稳定等优点而得到了快速发展。其中锑基吸光层材料(硫化锑、硫硒化锑、硒化锑)具有高吸收系数特点,因而在室内或者水下等弱光条件下具有相当大的应用潜力。通过构造两种衰减光谱以研究新型锑基薄膜太阳电池在弱光下的光电响应。首先通过厚度调节硒化锑太阳电池的吸光能力,发现当吸光层厚度较薄时,电池的光电转换效率存在较大差值;而当吸光层厚度过厚时,电池性能又因载流子复合的增大而降低。在吸光层厚度处于合适的0.4～1.2μm之间时,硒化锑太阳电池在长波衰减光谱和短波衰减光谱下都能获得高于16%的转换效率。然后通过硒含量调节锑基太阳电池的光谱吸收范围,发现长波衰减光谱下,锑基太阳电池的器件性能显著高于标准光谱,并且在20%～40%硒含量下能够获得最佳的转换效率。而在短波衰减光谱下,锑基太阳电池的最佳性能出现在硒含量为60%的情况下。因而在弱光条件下,锑基太阳电池的最佳硒含量需要通过具体的光谱特性确定。最后研究了两种衰减光谱下,硫化锑/硒化锑双结叠层太阳电池的光谱响应特性。发现在短波衰减光谱下,叠层太阳电池效率会随着总厚度的增加而增加。而在长波衰减光谱下,...     

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     

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     

Cu_2O/ZnO氧化物异质结太阳电池的研究进展

介绍了近年来低成本Cu_2O/ZnO氧化物异质结太阳电池方面的研究进展.应用于光伏器件的吸收层材料Cu_2O是直接带隙半导体材料,天然呈现p型;其原材料丰富,且对环境友好.Cu_2O/ZnO异质结太阳电池结构主要有平面结构和纳米线/纳米棒结构.纳米结构的Cu_2O太阳电池提高了器件的电荷收集作用;通过热氧化Cu片技术获得的具有大晶粒尺寸平面结构Cu_2O吸收层在Cu_2O/ZnO太阳电池应用中展现出了高质量特性.界面缓冲层(如i-ZnO,a-ZTO,Ga_2O_3等)和背表面电场(如p~+-Cu_2O层等)可有效地提高界面处能级匹配和增强载流子输运.10 nm厚度的Ga_2O_3提供了近理想的导带失配,减少了界面复合;Ga_2O_3非常适合作为界面层,其能够有效地提高Cu_2O基太阳电池的开路电压V_(oc)(可达到1.2 V)和光电转换效率.p~+-Cu_2O(如Cu_2O:N和Cu_2O:Na)能够减少器件中背接触电阻和形成电子反射的背表面电场(抑制电子在界面处复合).利用p型Na掺杂Cu_2O(Cu_2O:Na)作为吸收层和Zn_(1-x)Ge_x-O作为n型缓冲层,Cu_2O异质结太阳电池(器件结构:MgF_2/ZnO:Al/Zn_(0.38)Ge_(0.62)-O/Cu_2O:Na)光电转换效率达8.1%.氧化物异质结太阳电池在光伏领域展现出极大的发展潜力.     

选择性发射极晶体硅太阳电池的二维器件模拟及性能优化

利用PC2D二维模拟软件对选择性发射极晶体硅太阳电池(SE电池)进行了器件模拟和参数优化的研究.在对丝网印刷磷浆法制备的SE电池的实测典型电流-电压曲线实现完美拟合的基础上,全面系统地研究了栅线、基区、选择性发射区和背表面场层等的参数对电池性能的影响.模拟表明:基区少子寿命、前表面复合速度和背表面复合速度是对电池效率影响幅度最大的三个参数.在所研究的参数范围内,当基区少子寿命从50μs上升到600μs时,电池效率从18.53%上升到19.27%.低的前表面复合速度是使发射区方块电阻配比优化有意义的前提.要取得理想的电池效率,背表面复合速度需控制在500 cm/s以下.此外,对于不同的前表面复合速度,电池效率的最大值总是在50—90Ω/□的重掺区方阻、110—180Ω/□的轻掺区方阻的范围内取得.对不同的栅线数目,重掺区宽度与栅线间距之比为32%时,电池的效率最高.另外,在主栅结构保持较低面积比率的前提下,主栅数目的增加也可提高效率.最后,通过优化p型SE电池的效率可达到20.45%.     

晶体硅太阳电池数值模拟软件及其应用

提出一种在Matlab/GUI环境下设计的晶体硅太阳电池数值模拟软件,通过光生少数载流子连续性方程建立了单晶硅N⁺/P/P⁺结构太阳电池的物理模型。通过引进有效迁移率和有效少子扩散长度概念,并考虑多晶硅中晶界复合后,实现了对单晶硅、柱状多晶硅太阳电池的开路电压、短路电流、填充因子、转化效率、串并联电阻等电池性能的参数指标的数值模拟。程序模拟结果通过数值和图形两种方式输出,模拟结果与实验结果接近,能够为晶体硅太阳电池的设计与制备起到较好的指导作用。本程序对于以N型材料为衬底的晶体硅太阳电池同样适用。     

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.     

碲化镉薄膜太阳电池中的关键科学问题研究

文章对CdTe薄膜太阳电池中的4个关键科学问题进行了讨论,并对电池器件的性能进行了研究,其中包括高质量硫化镉薄膜、背接触层、CdS/CdTe界面和CdCl2热处理性能的研究.文章作者研究了背电极接触层中Cu掺杂含量对电池性能的影响,通过改变背接触层中Cu的含量,可以改变Cu与Te反应产生的物相成分,从而发现以Cu1.4Te为主导的背接触缓冲层能有效地减少电池I—V曲线中的“翻转”(roll-over)现象,同时能有效地降低背接触势垒.此外,还研究了CdS/CdTe界面的CdCl2热处理反应,发现当热处理温度高于350℃时,CdS与CdTe之间的互扩散开始发生,此温度对应于CdS由立方相转变为六方相;而在550℃热处理后,S和Te互扩散形成的CdSxTe1-x化合物,其x值高达11％.通过优化电池制备工艺,获得了在AMl.5标准光源下高达14.6％的CdTe电池转换效率.     

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。     

多晶硅中的氧碳行为及其对太阳电池转换效率的影响

认识及控制多晶硅中杂质行为对于实现低成本、高效率多晶硅太阳电池有着重要的意义.利用红外光谱技术研究了定向凝固多晶硅锭中不同部位材料热处理前后的氧浓度、碳浓度变化,结合少子寿命、光电转换效率、内量子效率等电池性能,探索不同含量的氧、碳杂质对电池性能影响的物理机制.提出一种考虑碳影响的氧沉淀生长模型,并模拟了热处理后氧沉淀的尺寸分布和数量.研究发现,碳除了使利用硅锭顶部材料制备得到的电池转换效率降低外,还是决定氧沉淀作用的重要因素.由于碳含量多造成中部材料氧沉淀的尺寸大、数量多,引起缺陷,增加复合,而碳在底部 关键词： 氧 碳 太阳电池 转换效率     

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.