新型硅基異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究.pdf

1、現(xiàn)代社會(huì)對(duì)能源需求的快速增長(zhǎng)促使人們不斷追尋更高效率的太陽(yáng)電池。硅基異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池因其超高的轉(zhuǎn)換效率和較低的生產(chǎn)成本受到人們的廣泛關(guān)注，很有可能成為取代晶體硅電池的新一代太陽(yáng)電池。硅基異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池同時(shí)擁有非晶硅的寬帶隙和晶體硅的穩(wěn)定性的雙重優(yōu)勢(shì)，還可以避免非晶硅薄膜太陽(yáng)電池中的光致衰減問題，因而相比于傳統(tǒng)的晶體硅和非晶硅電池具有更高的開路電壓、短路電流和轉(zhuǎn)換效率。
　　然而，硅基異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池因涉及到晶體硅/非晶硅異質(zhì)結(jié)界面和超

2、薄本征非晶硅緩沖層等復(fù)雜結(jié)構(gòu)，其輸出結(jié)果會(huì)受到眾多因素的綜合影響，從而很難達(dá)到理想的性能和實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的效率突破。其中潔凈而低缺陷密度的晶體硅/非晶硅異質(zhì)結(jié)界面是保證硅基異質(zhì)結(jié)電池高效率的首要因素。當(dāng)界面存在較多缺陷態(tài)時(shí)，界面態(tài)會(huì)起主導(dǎo)作用而惡化電池輸出。其次，透明導(dǎo)電玻璃、非晶硅發(fā)射層本征層、晶硅襯底等各層都會(huì)產(chǎn)生耦合的影響，改變電池能帶結(jié)構(gòu)和載流子分布，需要仔細(xì)調(diào)控。此外，在硅基異質(zhì)結(jié)電池上引入納米陷光結(jié)構(gòu)來(lái)增加電池中的光吸收也是提高

3、短路電流和效率的重要途徑。目前被廣泛使用的二維豎直排列納米線、柱陣列擁有極好的減反和吸收特性，但是其表面復(fù)合因表面積的增加而大幅提高，限制了它們?cè)诠杌愘|(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池陷光結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用。因此，為了能實(shí)現(xiàn)硅基異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池的效率突破，從機(jī)理上分析研究硅基異質(zhì)結(jié)電池各參數(shù)的影響并做對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要意義。
　　本論文著重于通過計(jì)算模擬研究，提出新型硅基異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)來(lái)解決硅基異質(zhì)結(jié)中現(xiàn)存的問題，為實(shí)現(xiàn)電池效率突破尋找新的思路。

4、我們首先基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了精確的非晶硅缺陷態(tài)分布模型，用它來(lái)計(jì)算非晶硅摻雜發(fā)射層和本征緩沖層中的缺陷態(tài)密度帶來(lái)的影響，并從機(jī)理上解釋由此引發(fā)的陷阱效應(yīng)。我們給出了避免陷阱效應(yīng)發(fā)生的缺陷態(tài)密度臨界值，這在指導(dǎo)硅基異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池的實(shí)際生產(chǎn)中很有意義。我們還提出在硅基異質(zhì)結(jié)電池中加入同質(zhì)結(jié)，利用場(chǎng)效應(yīng)鈍化來(lái)降低界面態(tài)對(duì)能帶結(jié)構(gòu)和電池輸出的影響，使得電池在較高的界面態(tài)密度下也可以獲得理想的轉(zhuǎn)換效率。
　　其次，我們提出了一維橫向排列的單晶

5、硅/非晶硅半核殼同軸納米線陣列以用于硅基異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池的陷光結(jié)構(gòu)。這種納米線陣列很好的保有了單根納米線的光吸收增強(qiáng)特性，可以在表面積提升不大的情況下實(shí)現(xiàn)極強(qiáng)的光吸收。通過研究該納米線陣列中各結(jié)構(gòu)因素的影響，我們可以進(jìn)一步優(yōu)化其陷光性能，使得僅有10微米厚晶體硅襯底的納米線陣列就可以基本吸收完所有入射光。也就是說該納米線陣列陷光結(jié)構(gòu)可以將硅基異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池的厚度削減到約10微米，從而提升電池效率，節(jié)約成本。
　　最后，我們將由單晶硅