單結(jié)微晶硅及非晶硅-微晶硅疊層太陽(yáng)電池的模擬研究.pdf

1、氫化微晶硅(μc-Si:H)薄膜太陽(yáng)電池由于兼有晶體硅電池的高穩(wěn)定性和薄膜電池的低成本優(yōu)勢(shì),在第二代太陽(yáng)電池中備受關(guān)注。另外,μc-Si:H薄膜的光學(xué)帶隙較窄(約為1.1eV),以μc-Si:H薄膜為底電池光吸收層的非晶硅/微晶硅(a-Si:H/μc-Si:H)疊層電池,不僅可將電池的光譜響應(yīng)范圍拓展至近紅外光區(qū),還可有效抑制非晶硅薄膜電池的光致衰退效應(yīng),是第三代高效、低成本太陽(yáng)電池的首選。
　　 為了更好的理解硅基薄膜太陽(yáng)電池

2、的輸運(yùn)機(jī)制,并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,從而進(jìn)一步提高該類太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率,本文采用賓州大學(xué)開(kāi)發(fā)的AMPS-1D程序?qū)谓Y(jié)的μc-Si:H薄膜電池和a-Si:H/μc-Si:H疊層電池進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。對(duì)于pin結(jié)構(gòu)的μc-Si:H電池而言,本征層(i層)的結(jié)構(gòu)性質(zhì)是影響其電池性能的關(guān)鍵因素,另外,電池內(nèi)的各個(gè)界面尤其是p/i界面的影響也不容忽視,因此本文首先模擬了μc-Si:H薄膜電池的本征層(i層)晶化率和p/i界面特性對(duì)電池各性能

3、參數(shù)的影響。對(duì)于疊層太陽(yáng)電池而言,各個(gè)子電池的電流匹配是至關(guān)重要的。本文在模擬單結(jié)電池的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究了a-Si:H頂電池和μc-Si:H底電池的厚度以及中間反射層等對(duì)a-Si:H/μc-Si:H疊層電池的性能的影響。得到的主要結(jié)論如下:
　　 (1)隨著i層晶化率Ic的增大,μc-Si:H薄膜電池的開(kāi)路電壓Voc單調(diào)下降,短路電流Jsc和填充因子FF先增大后減小,Ic處于30％～60％范圍內(nèi)時(shí),μc-Si:H薄膜電池的光電

4、轉(zhuǎn)換效率η達(dá)到最大值,這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一致的。
　　 (2)隨著p/i界面缺陷態(tài)密度Ntp/i的增大,μc-Si:H電池的開(kāi)路電壓Voc和填充因子FF單調(diào)減小,而短路電流Jsc基本不變。上述結(jié)果表明,p/i界面缺陷態(tài)密度是導(dǎo)致PECVD和HWCVD制備本征層的μc-Si:H電池性能差異的主要原因。
　　 (3)隨著p/i界面非晶孵化層厚度的增大,μc-Si:H薄膜太陽(yáng)電池的短路電流Jsc和填充因子FF單調(diào)下降,但開(kāi)路電壓V

5、oc反而增大,電池的光電轉(zhuǎn)換效率η快速下降。
　　 (4)對(duì)于a-Si:H/μc-Si:H疊層電池,當(dāng)?shù)纂姵睾穸萪ibot一定時(shí),隨著頂電池厚度ditop的增大,疊層電池的短路電流Jsc和效率η先增大后減小,當(dāng)電流匹配時(shí)效率達(dá)到最大值ηmax;在一定范圍內(nèi)增大底電池的厚度dibot,疊層電池的最大效率ηmax有所提高,但與之匹配的頂電池厚度ditop也隨之增大;當(dāng)?shù)纂姵睾穸萪ibot為1.5μm時(shí),最佳電流匹配所需的頂電池厚度d

6、itop約為250nm。
　　 (5)在a-Si:H頂電池和μc-Si:H底電池之間引入ZnO中間反射層,可有效提高頂電池的光電流,但同時(shí)降低了底電池的光電流;在底電池厚度dibot一定時(shí),中間反射層的引入可減薄頂電池的厚度,從而提高疊層電池的穩(wěn)定性;當(dāng)?shù)纂姵睾穸萪ibot為1.5μm時(shí),引入ZnO中間層后,最佳電流匹配所需的頂電池厚度ditop約為200nm。
　　 (6)中間反射層的厚度一定時(shí),中間層材料的折射率n對(duì)