單結微晶硅及非晶硅-微晶硅疊層太陽電池的模擬研究.pdf

1、氫化微晶硅(μc-Si:H)薄膜太陽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,在第二代太陽電池中備受關注。另外,μc-Si:H薄膜的光學帶隙較窄(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,是第三代高效、低成本太陽電池的首選。
　　 為了更好的理解硅基薄膜太陽電池

2、的輸運機制,并對其結構進行優(yōu)化,從而進一步提高該類太陽電池的光電轉換效率,本文采用賓州大學開發(fā)的AMPS-1D程序對單結的μc-Si:H薄膜電池和a-Si:H/μc-Si:H疊層電池進行了數(shù)值模擬研究。對于pin結構的μc-Si:H電池而言,本征層(i層)的結構性質是影響其電池性能的關鍵因素,另外,電池內的各個界面尤其是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界面特性對電池各性能

3、參數(shù)的影響。對于疊層太陽電池而言,各個子電池的電流匹配是至關重要的。本文在模擬單結電池的基礎上,進一步研究了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a-Si:H/μc-Si:H疊層電池的性能的影響。得到的主要結論如下:
　　 (1)隨著i層晶化率Ic的增大,μc-Si:H薄膜電池的開路電壓Voc單調下降,短路電流Jsc和填充因子FF先增大后減小,Ic處于30％～60％范圍內時,μc-Si:H薄膜電池的光電

4、轉換效率η達到最大值,這與實驗結果是一致的。
　　 (2)隨著p/i界面缺陷態(tài)密度Ntp/i的增大,μc-Si:H電池的開路電壓Voc和填充因子FF單調減小,而短路電流Jsc基本不變。上述結果表明,p/i界面缺陷態(tài)密度是導致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薄膜太陽電池的短路電流Jsc和填充因子FF單調下降,但開路電壓V

5、oc反而增大,電池的光電轉換效率η快速下降。
　　 (4)對于a-Si:H/μc-Si:H疊層電池,當?shù)纂姵睾穸萪ibot一定時,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,當電流匹配時效率達到最大值ηmax;在一定范圍內增大底電池的厚度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?shù)纂姵睾穸萪ibot為1.5μm時,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,但同時降低了底電池的光電流;在底電池厚度dibot一定時,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?shù)纂姵睾穸萪ibot為1.5μm時,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,中間層材料的折射率n對