温度对Ga_(0.84)In_(0.16)As/Ge_(0.93)Sn_(0.07)双结太阳电池的性能影响

基于Varshni半导体材料带隙对温度的响应模型和Caughey-Thomas经验模型对晶格匹配的Ga_(0.84)In_(0.16)As/Ge_(0.93)Sn_(0.07)双结太阳能电池进行模拟,研究温度对材料带隙E_(g)和反向饱和电流密度J_(0)的影响,探索太阳能电池性能参数如短路电流密度J_(sc)、开路电压V_(oc)、填充因子FF和转换效率η的温度依赖性。结果表明,250~400 K温度范围内,Ga_(0.84)In_(0.16)As和Ge_(0.93)Sn_(0.07)带隙随着温度的升高分别以-0.412、-0.274 meV/K的速率呈近似线性下降;随着材料内部温度的增加,各子电池的J_0呈指数型增长,J_(sc)和V_(oc)的温度系数分别约为12.86μA/(cm^(2)·K)和-3.48 mV/K,FF从0.87降低至0.78,η从31.39%降低至17.69%。其中,Ge_(0.93)Sn_(0.07)子电池的J_(sc)、V_(oc)、FF和η的温度系数分别约6.59μA/(cm^(2)·K)、-1.76 mV/K、-0.213%/K和-0.042%/K,表明GeSn材料的温度特性不同程度地优于常规Ⅲ-Ⅴ多结电池中的Ge子电池的温度特性。该研究结果有助于推动GaInAs/GeSn基多结太阳电池的低成本发展与应用。

银粉对硅异质结太阳电池用低温银浆的影响综述

银浆是硅异质结太阳电池的重要材料,更低的体积电阻率和接触电阻、良好的附着力、优良的细线印刷性能及组件栅线抗腐蚀老化是其不断改进的方向。作为导电相,银粉的性能和含量对银浆有着至关重要的影响。该文基于低温固化银浆导电机理以及SHJ电池对银浆性能的追求,综述了银粉的振实密度、形貌、粒径、表面处理剂及其与有机物的适配。进一步探讨了纳米银粉和银包铜粉在SHJ太阳电池用低温银浆中的应用。

基于晶格大失配In_(0.58)Ga_(0.42)As材料的高效四结太阳电池

Ⅲ-Ⅴ族晶格失配多结太阳电池是实现高效太阳电池的主要途径之一,但面临晶格失配材料的高质量生长及其所导致的子电池光电转换效率下降的难题。重点针对晶格失配子电池结构中的(AlGa)InAs缓冲层开展台阶层厚度优化研究,设计了150、200和250 nm三组不同台阶层厚度的缓冲层结构,并完成三组样品的外延生长实验。通过材料测试和子电池电性能测试,系统分析了台阶层厚度对In_(0.58)Ga_(0.42)As材料外延生长质量和子电池电性能的影响。获得了晶格弛豫度为96.71%的In_(0.58)Ga_(0.42)As子电池材料,制备的子电池开路电压达到205.10 mV。在此基础上,结合GaInP/GaAs/In_(0.3)Ga_(0.7)As三结电池研制了晶格失配四结薄膜太阳电池,其光电转换效率达到32.41%(AM0,25℃)。

光注入提升晶体硅异质结太阳电池性能的研究

该文制备工业尺寸的晶体硅异质结太阳电池,研究光注入对电池光电性能的影响。实验结果表明:光注入有效提升了晶体硅异质结太阳电池的光电转换效率,经过光注入后电池光电转换绝对效率提升了0.33%,均值达到24.47个百分点。对比光注入前后的光电性能参数,其效率提升的主要因素是光注入使得电池的填充因子被有效提升。结合光注入前后电池的Suns-Voc测试,证实了光注入能使电池的串联电阻大比例降低。因此,光注入改善电池性能的主要物理原因可归结为:串联电阻的降低提升了电池的填充因子。

GaAs三结太阳电池1MeV中子辐射效应研究

研究了金属有机气相外延(MOCVD)方法制备的晶格匹配(LM)和正向晶格失配(UMM)砷化镓三结太阳电池在1 MeV中子辐照后的电学和光学性能衰退情况。结果表明:在中子辐照下,电池电学性能,包括短路电流(J_(sc))、开路电压(V_(oc))、最大功率(P_(max))、填充因子(FF)均发生明显衰降,且衰降幅度随注量增加;电池串联电阻Rs随注量增加,并联电阻Rsh随注量减小。在相同注量下,LM和UMM的P_(max)退化情况相近,当中子注量达到6×10^(12)n/cm^(2)时,LM和UMM电池的最大输出功率Pmax分别下降至初始值的72.9%和72.3%。由外量子效率(EQE)光谱退化曲线和子电池积分电流密度可知,两种电池的中电池光电流退化均最明显且为电池的限流子电池。

空间GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池结构参数对电学性能影响机理研究

本文使用计算机模拟了三结GaInP/GaAs/Ge太阳电池,通过改变顶电池GaInP、中电池GaAs厚度以及掺杂浓度等结构参数,得出了电池的光生载流子收集效率和电学特性之间的规律,揭示了太阳电池结构参数对电学性能影响的内在物理机制。结果表明,发射区厚度变化主要影响短波区域,基区厚度变化主要影响长波区域。顶电池GaInP发射区厚度增加,短路电流、开路电压先增后降;基区厚度增加,短路电流降低,最大功率随短路电流的变化而变化。中电池GaAs厚度增大,短路电流整体呈降低趋势,开路电压略有升高。GaInP工作区掺杂浓度升高,电学性能几乎不发生改变;GaAs工作区掺杂浓度升高,开路电压略有增加,短路电流和最大功率均呈下降趋势。可见GaInP的掺杂浓度对电池的影响远远低于GaAs。

基于不同衬底角度的GaInP/GaAs/InGaAs倒置三结太阳电池性能研究

带隙组合为1.9/1.42/1.0 eV的三结GaAs太阳电池具有很好的电流匹配,AM0光谱下理论效率可达38%。由于不同衬底角度生长倒置三结的性能研究报道较少,文章分别采用6°和15°偏向角生长GaInP/GaAs/InGaAs倒置三结太阳电池进行研究,并研究其子电池性能差异。研究表明,6°衬底生长倒置三结表面粗糙度、翘曲,以及XRD均匀性均优于15°衬底。在性能方面,6°衬底电压比15°衬底高13 mV,900~100 nm和1 100~1 250 nm范围内QE光谱响应更高。

HJT太阳电池光注入退火工艺的增效研究

在异质结(HJT)太阳电池制备过程中,低温固化工艺后对太阳电池进行光注入退火可以实现太阳电池光电转换效率提升。研究了HJT太阳电池n面进行光注入退火处理时,光注入退火时间、光注入退火温度,以及双面光注入退火对光电转换效率提升的影响,同时还分析了光注入退火处理对不同光电转换效率档位HJT太阳电池增效的影响。结果表明:1)随着光注入退火时间的增加,HJT太阳电池光电转换效率提升幅度先增加后基本保持稳定;2)随着光注入退火温度的增加,HJT太阳电池光电转换效率提升幅度先增加后减小;3)太阳电池双面都进行光注入退火处理不能达到光电转换效率叠加提升的效果;4)光注入退火处理对光电转换效率低的HJT太阳电池的增效效果更好,主要是因为此类太阳电池内部及表面的缺陷更多。

GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池100 MeV质子位移辐照损伤效应实验研究

GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池是当前航天器空间电源系统的核心元器件,其在空间辐射环境中遭受的辐照损伤会导致太阳电池性能参数衰降,甚至导致航天器供电系统功能失效。为获取GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池高能质子辐照损伤退化规律,以国产GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池为研究对象,通过开展100 MeV质子不同注量下的辐照实验,分析质子位移损伤诱发GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的开路电压(V_(oc))、短路电流(I_(sc))、最大输出功率(P_(m))、光电转换效率(E_(ff))等辐射敏感参数的退化规律和损伤机理。结果表明:注量范围为1×10^(11)~2×10^(12)cm^(-2)时,V_(oc)、I_(sc)、P_(m)、E_(ff)的退化程度随辐照注量的增加而增大,当注量为2×10^(12)cm^(-2)时,P_(m)和E_(ff)归一化处理后的退化程度均为16.88%,与V_(oc)和I_(sc)相比,衰减更严重。对不同注量辐照所得V_(oc)、I_(sc)、P_(m)、E_(ff)进行拟合,获得了V_(oc)、I_(sc)、P_(m)、E_(ff)随辐照注量变化的特征曲线,根据该曲线可预估GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池不同注量下性能的衰减幅度。

HJT太阳电池技术的发展现状及未来展望

中国的硅基异质结(HJT)太阳电池技术在近5年有了快速发展,逐步进入产业化阶段,但在其发展过程中遇到了一些技术瓶颈。对HJT太阳电池的结构及能带结构进行简述,从衬底和表面制绒技术、a-Si:H薄膜技术、TCO薄膜技术、金属化电极技术等方面对HJT太阳电池关键技术的研究进展进行了分析,并从制造成本、TCO薄膜材料及叠层太阳电池技术等方面对HJT太阳电池未来的技术研究方向进行了展望。虽然HJT太阳电池具有工艺流程简单、光电转换效率高、功率衰减低、温度系数低、工作温度低等优势;但其制造成本较高,导致其市场份额上升缓慢,而采用铜电极、无铟或低含铟量TCO薄膜技术是降低HJT太阳电池制造成本的有效方法,一旦突破成本瓶颈,HJT太阳电池未来的应用空间将更加广阔。

不同环境下硫化镉/铜基薄膜异质结退火对太阳电池性能调控

高效铜基薄膜太阳电池通常采用无机n型半导体材料CdS作为缓冲层,因此,缓冲层与吸收层之间的界面质量和能带匹配对载流子的收集利用至关重要.在优化CdS基础工艺的基础上,在含硫气氛下对硫化镉/铜基薄膜异质结进行退火的策略进一步提高CdS薄膜质量,并将其应用到铜基太阳电池,调控铜基薄膜电池p-n异质结能带匹配.研究表明,CdS薄膜在含硫的惰性气氛中退火可以有效提高CdS薄膜的结晶质量并抑制CZTS/CdS异质结界面的非辐射复合,器件的开路电压得到大幅提升,最高可达718 mV.在器件效率方面,基于溅射法的CZTS太阳电池效率从3.47%提升到5.68%,约为不退火处理的2倍.该研究为铜基薄膜太阳电池器件实现高开路电压提供了可靠的工艺窗口.同时,有力地说明了退火气氛选择对于CdS质量以及CZTS/CdS异质结能带匹配的重要性,除了界面互扩散以外,对薄膜材料组分及其结晶性等均实现了调控.

晶硅异质结太阳电池nc-Si:H/nc-SiOx:H叠层窗口层研究

该研究制备高电导、高透明的磷掺杂氢化纳米晶硅氧(nc-Si Ox:H)薄膜,应用于晶硅异质结(SHJ)太阳电池的窗口层以替代传统的氢化非晶硅(a-Si:H)薄膜。与以a-Si:H薄膜为窗口层的电池相比,短路电流密度提高0.5 m A/cm^(2),达到38.5 m A/cm^(2),填充因子为82.7%,光电转换效率为23.5%。实验发现,在nc-Si Ox:H薄膜沉积前对本征非晶硅层表面进行处理,沉积1 nm纳米晶硅(nc-Si:H)种子层,可改善nc-Si Ox:H薄膜的晶化率,降低薄膜中的非晶相含量。与单层nc-Si Ox:H窗口层的电池相比,nc-Si:H/nc-Si Ox:H叠层结构提高电池填充因子,达到83.4%,光电转换效率增加了0.3%,达到23.8%。

用于晶硅异质结太阳电池的透明导电薄膜研究进展

提升晶硅异质结(HJT)太阳电池的电流有望进一步提高电池效率,透明导电氧化物薄膜(TCO)是影响HJT太阳电池电流的重要功能层。该文首先介绍了TCO薄膜的自身特性,包括掺杂元素和掺杂比例、制备技术对薄膜特性的影响。同时总结了薄膜特性对HJT太阳电池性能的影响。最后阐述了TCO薄膜应用的最新进展及发展趋势,增加盖帽层或多层TCO薄膜有望改善薄膜整体特性及电池性能。以期指导TCO薄膜特性的优化,从而进一步提高HJT太阳电池效率,加快HJT太阳电池产业化进程。

硅异质结太阳电池的TiC_(x)O_(y)电子选择性接触研究

报道一种新型的免掺杂电子传输材料——TiC_(x)O_(y),具有非晶相为主少量晶化相的混合相结构,约4.1 eV的低功函数和2.63 eV的宽带隙,可实现对电子的零势垒传输和对空穴的高势垒(1.64 eV)阻挡;TiC_(x)O_(y)/n型硅异质接触可获得17.74 mΩ·cm2的低接触电阻率,可实现对电子的选择性输运功能。TiC_(x)O_(y)薄膜用作全背面n型硅异质结电池的电子传输层,可大幅提高电池的开路电压和填充因子,最优电池的绝对效率提高3%。

AFORS-HET软件模拟N型非晶硅/p型晶体硅异质结太阳电池

运用AFORS-HET程序模拟计算了不同本征层厚度、能隙宽度、发射层厚度、能带失配以及不同界面态密度等参数对N型非晶硅/p型晶体硅异质结太阳电池光伏特性的影响。结果表明,在其它参数条件不变的情况下,插入较薄本征层,转换效率增加,但本征层厚度继续增加时,短路电流密度减少、效率也随之降低。本征层能隙宽度的变化对短路电流影响很大,随能隙宽度增加,短路电流先增加,但当能隙宽度大于某一特定值时,短路电流开始下降。在不插入本征层的情况下,N型发射层的能带失配对短路电流几乎无影响,而开路电压随导带失配的增大逐渐增大,界面态密度会导致开压迅速下降。

大面积高效率空间用三结砷化镓太阳电池的研究

通过在电池中引入布拉格反射器,提高电池抗带电子辐照能力,经辐照后使电池最大功率平均衰减小于18%。优化上电极栅线结构,当金属栅线面积占电池面积的3.0%时,电池平均短路电流为456.2mA。优化TiO_x/AlO_x双层减反射膜结构,短波300~500nm范围内电池表面反射率小于30%。采用以上结构最终制备出面积为26.8cm^2的空间用三结砷化镓太阳电池,批产平均转换效率为29.61%,最大转换效率30.15%。

N型单晶硅衬底上非晶硅／单晶硅异质结太阳电池计算机模拟

采用德国HMI研发的AFORS-HET软件模拟了N型衬底非晶硅/单晶硅异质结太阳电池的特性,结果表明随着发射层厚度的增加,短路电流下降,电池的短波响应变差。在非晶硅/单晶硅异质结界面处加入不同的界面态密度(Dit),发现当Dit>10^(12)cm^(-2)·eV^(-1)时,电池的开路电压和填充因子均大幅减小,导致电池效率降低。当在非晶硅/单晶硅异质结界面处加入本征非晶缓冲层后,电池性能明显改善,但是缓冲层厚度应控制在30nm以内。模拟的a-Si-a-Si:H/c-Si/i-a-Si:H/n+a-Si双面异质结太阳电池的最高转换效率达到28.47%。

CuPc-G-PAn/Perylenes异质结太阳电池性能研究

对聚苯胺材料进行染料接枝改性 ,将其用作异质结光伏电池的 p型材料 ,制作出结构为导电玻璃 /酞菁铜接枝聚苯胺 (p型 ) / (n型 ) /Al)简写为 ITO/Cu Pc- G- PAn(p型 ) / (n型 ) /A1 )的有机 p- n异质结光伏电池。该电池在 37.2 W/m2 的碘钨灯照射下 ,开路电压 Voc=80 2 m V,短路电流 Isc=41μA/cm2 ,填充因子 FF =58 ,能量转换效率大约为 0 .51 ,它比聚苯胺及肖特基电池大得多。通过测量其电流—电压 J— V和电容—电压 C— V特性 ,研究了其光伏效应及电学性能。J— V特性表明 ,二极管的曲线因子约为 6.3,比 1大得多 ;C— V特性表明 ,在 Cu Pc- G- PAn/界面处的耗尽层约为 2 31 nm,从 p/n层的光吸收谱可知 ,光激活层在 Cu Pc- G- PAn/界面处 ,它们分别与 ITO及铝形成欧姆接触。

GaAs基Ⅲ-Ⅴ族多结太阳电池技术研究进展

GaAs太阳电池由于其性能优越,成为了光伏领域的发展重点。简单介绍了GaAs基Ⅲ-Ⅴ族多结太阳电池的应用和研究进展,并对其发展趋势进行了展望。

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.