a-Si/c-Si异质结结构太阳能电池设计分析

通过应用 Scharfetter- Gum mel解法数值求解 Poisson方程 ,对热平衡态 a- Si/ c- Si异质结太阳能电池进行计算机数值模拟分析 ,着重阐述在 a- Si/ c- Si异质结太阳能电池中嵌入 i( a- Si:H)缓冲薄层的作用 ,指出采用嵌入 i( a- Si:H )缓冲薄层设计能有效增强光生载流子的传输与收集 ,从而提高 a- Si/ c- Si异质结太阳能电池的性能 ,同时还讨论 p+ ( a- Si:H)薄膜厚度和 p型掺杂浓度对光生载流子传输与收集的影响 ,而高强度光照射下模拟计算表明 ,a- Si/ c-

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.

异质结(c-Si/a-Si)双面组件发电特性研究

异质结(c-Si/a-Si)双面组件的实际发电性能受各种因素影响,该文重点就组件距离地面高度和背面檁条遮挡对组件发电量的影响进行研究。结果表明,兼顾组件安装难度和组件发电量增益两方面因素,组件下边缘距离地面高度设定为1.5 m较为合适。通过长期发电量跟踪对比,支架背面无菱条遮挡时,异质结(c-Si/a-Si)双面组件发电量平均增益为4.15%。

温度对a-Si:H/c-Si异质结太阳能电池光伏特性的影响

运用开路电压解析模型和AMPS模拟分析温度对a-Si:H/c-Si异质结太阳能电池性能的影响及其机理。随着温度T的升高,热电压增大,开路电压V_(OC)减小。当T<270 K时,填充因子FF迅速增加;当T≥270 K时,FF保持不变,a-Si:H/c-Si异质结太阳能电池的转化效率在T=270 K取得最佳值。低温工作时,空穴输运受到价带补偿界面势垒的限制,J-V曲线出现S-Shape现象,填充因子FF显著降低。

硅锗量子阱结构在硅异质结太阳电池中应用的数值模拟

利用半导体工艺和器件仿真软件silvaco TCAD(Technology Computer Aided Design),模拟研究了采用硅/硅锗合金(silicon/silicon germanium alloy,Si/Si_(1-x)Ge_x)量子阱结构作为吸收层的薄膜晶体硅异质结太阳电池各项性能.模拟结果显示,长波波段光学吸收随锗含量的增加而增加,而开路电压则因Si_(1-x)Ge_x)层带隙的降低而下降.锗含量为0.25时,短路电流密度的增加补偿了开路电压的衰减,效率提升0.2%.氢化非晶硅/晶体硅(a-Si:H/c-Si)界面空穴密度以及Si_(1-x)Ge_x)量子阱的体空穴载流子浓度制约着空穴费米能级的位置,进而影响到开路电压的大小.随着锗含量增加,a-Si:H/c-Si界面缺陷对开压的影响降低,Si_(1-x)Ge_x)量子阱的体缺陷对开压的影响则相应增加.高效率含Si_(1-x)Ge_x)量子阱结构的硅异质结太阳电池的制备需要a-Si:H/c-Si界面缺陷的良好钝化以及高质量Si_(1-x)Ge_x)量子阱的生长.

非晶硅/晶体硅异质结太阳电池计算机模拟

运用AMPS程序模拟计算了p-型非晶硅/n-型晶体硅HIT(Heterojunction with Intrinsic Thin layer)异质结太阳电池的光伏特性.通过对不同带边补偿情况下的计算结果同文献报道相比较,得出导带补偿小部分(0.18eV),价带补偿大部分(0.5eV)的基本结论.同时还证实,界面态是决定电池性能的关键因素,显著影响电池的开路电压(Voc)和填充因子(FF).最后计算了这种电池理想情况下(无界面态、有背面场、正背面反射率分别为0和1)的理论效率Eff=27%(AM1.5 100MW/cm2 0.40～1.10μm波段).

a-Si:H/c-Si异质结太阳电池J-V曲线的S-Shape现象

通过异质结界面分析与AMPS模拟计算研究了a-Si:H/c-Si异质结太阳电池在低温工作、a-Si:H层低掺杂、高价带补偿以及高界面态时光态J-V曲线出现S-Shape现象的物理过程,总结了S-Shape现象的物理原因.分析结果表明,当空穴输运受到界面势垒的限制时,空穴在c-Si界面附近聚集,能带重新分配,c-Si耗尽区的电场减小,更多的电子从c-Si准中性区反转至c-Si界面及耗尽区与空穴复合,复合速率显著增大,光电流的损失显著增大,光态J-V曲线反映为S-Shape现象.

界面缺陷态密度与衬底电阻率取值对硅异质结光伏电池性能的影响

在异质结前界面缺陷态密度Dit1和异质结背界面缺陷态密度Dit2均取不同值时,对p型单晶硅(c-Si(p))为衬底的硅异质结太阳电池的衬底电阻率ρ与电池性能的关系进行了数值研究.结果表明:衬底电阻率的最优值ρop取决于前界面缺陷态密度Dit1,且ρop随着Dit1的增大而增大;当ρ>ρop时,背界面缺陷态密度Dit2对衬底电阻率的可取值范围具有较大影响,Dit2越大衬底电阻率的可取值范围越小.