硅基异质结太阳电池钝化层的研究

研究硅基异质结太阳电池的表面钝化层对电池性能的影响,主要工作包括:1)对比非晶硅本征层a-Si:H(i)与非晶硅氧本征层a-Si Ox:H(i)对c-Si界面的钝化效果的作用,及其对电池性能的影响;2)研究不同a-Si:H(i)厚度对电池性能的影响;3)不同沉积速率a-Si:H(i)对c-Si界面的钝化效果和电池性能的影响,并对不同沉积速率的a-Si:H(i)膜层做了H原子含量等分析。通过该征钝化层工艺的优化,最终在156 mm×156 mm厚度200μm的n型硅片上获得效率为20.90%的硅基异质结太阳电池,和在100μm厚度的硅片上得到转化效率为20.44%的可弯曲电池。     

基于P型晶体硅异质结太阳电池的结构设计与性能分析

针对两种a-Si(n)/c-Si(p)异质结太阳电池结构,应用AFORS_HET软件,分析氢化非晶硅(a-Si:H)和氢化微晶硅(μc-Si:H)两种材料作为背面场时的特性参数对a-Si(n)/c-Si(p)异质结太阳电池性能的影响。结果表明:P型氢化微晶硅(μc-Si:H(p))为背面场时电池性能得到提高,μc-Si:H(p)的背面场特性是关键因素。最后,优化设计出以a-Si:H为窗口层、μc-Si:H为背面场的a-Si(n)/c-Si(p)异质结太阳电池TCO/a-Si:H(n)/a-Si:H(i)/c-Si(p)/a-Si:H(i)/μc-Si:H(p)/TCO,并获得20%的转换效率。     

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 O_x: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/cm²,达到38.5 m A/cm²,填充因子为82.7%,光电转换效率为23.5%。实验发现,在nc-Si O_x: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 O_x:H薄膜的晶化率,降低薄膜中的非晶相含量。与单层nc-Si O_x:H窗口层的电池相比,nc-Si:H/nc-Si O_x: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%。     

非晶硅对MoO_x/c-Si异质结太阳电池器件的影响

室温下电子束蒸发沉积氧化钼(MoO_x)薄膜呈非晶态,光学带隙约为3.6 eV,与单晶硅表面构成MoO_x/c-Si异质结并具有钝化作用,但明显低于i∶α-Si∶H钝化。ITO/MoO_x/i∶α-Si∶H/n∶c-Si/i∶α-Si∶H/n+∶α-Si∶H/Al太阳电池结构,既有晶硅前后表面钝化,又增加了背电场层,适当的MoO_x厚度可获得电池的最高效率(15.5%);若取消晶硅表面i∶a-Si∶H钝化,与HIT(heterojunction with intrinsic thinlayer)电池类似,硅的前表面复合增大,电池效率降为11.5%;若取消背表面i∶a-Si∶H钝化及背电场材料n~+∶a-Si∶H,电池效率急剧下降到8.3%,这表明背表面钝化及背电场,对MoO_x/c-Si异质结太阳电池特性具有更为重要的作用,对高效器件制备具有一定指导意义。     

纳米非晶硅(na-Si:H)P-i-n太阳电池

该文报道了通过适当氢稀释(RH=15)和合适的衬底温度(Ts=170℃)下，用PECVD制备得到的宽带隙氢化纳米非晶硅(na-Si：H)薄膜，并将其用作pin太阳电池的本征层。经过电池结构和工艺条件的优化设计，在p／i，i/n界面插入渐变带隙缓冲层，制备出了glass／ITO／p—a-SiC：H／i—na-Si：H／n—nc-Si：H／Al结构的pin太阳电池。电池初始开路电压(Voc)高达0．94V，同时还能保证0．72的填充因子(FF)。光电转换效率(Eff)达到8．35％(AM1．5，100mW／cm^2)。     

a-Si:H(p)/c-Si(n)异质结太阳电池的模拟优化

通过AFORS-HET软件模拟了TCO/a-Si:H(p)/a-Si:H(i)/c-Si(n)/a-Si:H(i)/a-Si:H(n)/Ag结构的硅异质结电池中硅衬底电阻率、本征非晶硅薄膜厚度、发射极材料特性以及TCO功函数对电池性能的影响。结果表明:在其它参数不变的条件下,硅衬底电阻率越低,转换效率越高;发射极非晶硅薄膜厚度对短路电流有较大影响,发射极掺杂浓度低于7.0×10¹⁹cm^-3时,电池各项性能参数都极差;TCO薄膜功函数应大于5.2 eV,以保证载流子的输运收集。     

高电导宽带隙微晶-非晶混合相p型Si∶H薄膜研究

本文报道一种适于做a-Si电池窗口材料的高电导宽带隙微晶-非晶Si:H薄膜。这种材料采用辉光放电法在高功率下分解SiH_4和B_2H_6混合气体制得,室温电导率σ_(?)最高为20(Ω-cm)~(-1),相应光学带隙E_(opt)为1.70—1.75eV,电导激活能为0.02eV。X射线和电子衍射分析表明,电导率10~(-4)(Ω-cm)~(-1)或更高的膜显示微晶(μc~-)相。随电导率的增加,膜结构逐渐向全晶化相变化。讨论了制备高电导宽带隙p型Si:H膜的淀积条件。     

表面处理与p层电导率对HIT电池性能的影响

考虑到氢氟酸溶液对晶体硅表面具有去氧化和氢离子钝化表面悬键的双重作用,通过优化清洗工艺使得a-Si∶H(i)/c-Si/a-Si∶H(i)异质结构有效少子寿命达到2 ms。研究不同沉积温度对p型非晶硅薄膜电导率的影响,结合后退火发现中温(150℃)生长高温后退火的方式优于直接高温(200℃)沉积,电导率和钝化效果都有明显改善。采用优化后的p层,a-Si∶H(p~+)/a-Si∶H(i)/c-Si/a-Si∶H(i)/a-Si∶H(n~+)(inip)结构少子寿命可达3.70 ms。制备的HIT电池具有优良的性能:开路电压V_(oc)=700 mV,潜在的填充因子pFF=82%,短路电流密度Jsc=32.10 mA/m~2,填充因子FF=72.35%,转换效率η=16.26%,对比Suns-V_(oc)I-V曲线和标准条件下测试的I-V曲线计算得串联电阻,分析FF与pFF差异的原因。     

硅氧合金薄膜及其在高效纳米硅薄膜叠层太阳电池中的应用研究

系统研究两种不同形态的硅氧合金薄膜,用甚高频PECVD系统制备的非晶硅氧和纳米硅氧薄膜的特性,以及其在纳米硅薄膜叠层薄膜太阳电池中的应用。实验中主要通过对不同的气体流量比的优化、沉积功率和沉积压力的优化,分别制备出光学带隙约为2.1 e V,折射率约为3的a-SiO_x∶B∶H薄膜,作为非晶硅顶电池的p1层,以及带隙为2.2~2.5 e V,折射率为2.0~2.5,晶化率为20%~50%的nc-SiO_x∶P∶H薄膜,作为非晶硅/纳米硅叠层电池的中间反射层和纳米硅的底电池n2层。最后将优化后的a-SiO_x∶B∶H和nc-SiO_x∶P∶H薄膜应用到非晶硅/纳米硅薄膜叠层电池中,在0.79 m~2的玻璃基板上制备出初始峰值功率为101.1 W、全面积初始转换效率为12.8%、稳定峰值功率为87.3 W、全面积稳定转换效率为11.1%的非晶硅/纳米硅叠层电池。     

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Dit1012cm-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/i-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%.     

nc-Si/c-Si异质结太阳电池优化设计分析

分析影响p+(nc-Si)/i(a-Si)/n(c-Si)异质结太阳电池性能的主要因素,获得纳米硅薄膜杂质浓度、本征层厚度以及背场对电池性能的影响规律。结果表明,当纳米硅薄膜中掺杂浓度增大时,该层大部分区域电场强度变大,短路电流和开路电压增大,有利于提高电池转换效率。优化的掺杂浓度应大于1×1018cm-3。当i层厚度大于30 nm时,电池转换效率η和电池填充因子FF急剧下降,优化的最佳厚度为10 nm。研究加入非晶硅背场提高电池效率的新途径,当引入厚10 nm的a-Si∶H(n+)背面场后,电池转换效率由21.677%提高到24.163%。     

a-Si/poly-Si叠层太阳电池稳定性的数值模拟分析

通过应用Scharfetter-Gummel解法数值求解Poisson方程，对热平衡态a-Si/poly-Si叠层太阳电池的光稳定性进行计算机数值模拟，详细分析光照射前后a-Si／pli—S1叠层太阳电池中电场强度分布，指出在光照射下，光生空穴俘获造成的a-Si:H中正空间电荷密度增加改变了电池内部的电场分布，普遍抬高a-Si：H薄膜中的电场强度，没有给a-Si/poly-Si叠层结构中的a-Si：H薄膜带来准中性区(低场“死层”)，不会发生a-Si/poly-Si叠层太阳电他的光诱导性能衰退，因而a-Si/poly-Si叠层结构太阳电池具有较高的稳定性。     

薄膜太阳电池系列讲座(20) 硅基薄膜太阳电池(十二)

为尽可能向太阳光谱红外波段拓展,设计了三结叠层电池结构、材料及能带梯度递变的新型电池,如图56所示[49]。新型电池拟采用1.8eV的非晶硅a-Si:H顶电池、1.1eV的微晶硅μc-Si:H中间电池以及0.8～0.9eV的μc-SiGe:H底电池三结叠成,对光吸收分配更为合理。由其QE计算曲线(图56c)可见,该结构电池的光谱响应与太阳光谱匹配良好,可吸收绝大部分的太阳光。当设定了带隙范围的材料后,为达到高效率,     

氢等离子体处理钝化层对高效晶硅异质结太阳电池性能的影响

研究不同时间氢等离子体处理（HPT）氢化非晶硅a-Si:H（i）钝化层对高效晶硅异质结太阳电池（效率>23％）性能的影响。发现适当时间的HPT可改善钝化效果提升电池性能,但过长时间的HPT可导致薄膜钝化效果变差,有效少数载流子寿命降低。分析认为HPT时间过长,H原子进入到a-Si:H（i）薄膜层中,导致薄膜内部SiH₂增多,微结构因子（R）增大,薄膜质量变差。并且,适当时间的HPT改善太阳电池性能的幅度有限,而过长时间的HPT导致电池性能下降却很明显。因此,针对高效率的晶硅异质结太阳电池,应对钝化层沉积之后的HPT工艺进行谨慎控制。     

硅基薄膜太阳电池技术的发展

本文综述了硅基薄膜太阳电池技术的发展历程。在分析光伏产品现状基础上指出硅基薄膜太阳电池当前面临的挑战主要是稳定效率较低,面临大幅降价的晶硅电池,其发电成本不具备优势,导致其市场份额不高。详细分析了影响硅基薄膜太阳电池效率的原因,阐述了提高硅基薄膜太阳电池稳定效率的主要技术途径是:发展新型高吸收系数宽带隙和窄带隙光伏材料、采用多结叠层电池结构和光管理设计。     

QE测量在GaInP/GaAs叠层电池研究中的应用

该文介绍量子效率测量(QE测量)的原理以及此项技术在太阳电池研究中的应用.重点介绍QE测量在GaInP/GaAs叠层电池研究中的应用.给出了作者在美国Toledo大学进行的GaInP/GaAs叠层电池的QE测量的部分结果,并把这些结果与非晶硅(a-Si)三结叠层电池的QE测量结果进行了比较,对GaInP/GaAs叠层电池研究中的问题进行了分析,提出了改进的意见.     

硅异质结太阳电池窗口层性能研究及高效电池制备

主要研究a-Si∶H(p)作为电池的发射极和ITO作为电池载流子收集层的材料性能及结构对HJT电池性能的影响。通过调整a-Si∶H(p)材料的掺杂浓度、材料厚度和ITO的氧气/氩气分压、功率等工艺参数,获得工艺参数、材料性能和电池性能之间的关系。借助a-Si∶H(p)和ITO工艺优化,电池的填充因子FF达到80.2%,转换效率Eff可达23.05%。     

基于等效介质理论的光伏电池亚波长光栅减反结构设计

根据等效介质理论(EMT),利用薄膜特性矩阵方法提出了等效介质膜模型,用以研究亚波长光栅减反特性。运用遗传算法分析入射光偏振态和光栅结构参数对亚波长光栅反射率的影响,获得了特定波段下复周期亚波长光栅较低的平均反射率。此外,以TCO/a-Si:H(n)/a-Si:H(i)/c-Si:H(p)/Ag光伏电池为例,将其表面透明导电层(TCO)设计为复周期亚波长光栅结构,利用AFORS_HET软件模拟分析光伏电池的光谱响应,结果表明,复周期亚波长光栅的减反特性可以显著提高光伏电池的量子效率。     

无定型Si_(1-x)Ge_x∶H合金与迭层太阳电池

一、引言 无定型硅氢合金(a-Si:H)太阳电池,最近几年发展十分迅速。但是,由于a-Si:H的少子扩散长度比较小,n型材料的空穴迁移率不足1cm~2/V·s,相应的扩散长度仅为十分之几微米,这就限制了电池的收集效率。要解决这一矛盾,提高电池效率,主要途径有两个:一是改善材料的性质,增加少子的扩散长度,然而非晶半导体材料有其本身的局限性;二是从器     

硅基薄膜太阳电池(十二)

为尽可能向太阳光谱红外波段拓展,设计了三结叠层电池结构、材料及能带梯度递变的新型电池.新型电池拟采用1.8eV的非晶硅a-Si:H顶电池、1.1eV的微晶硅μc-Si:H中间电池以及0.8 ～ 0.9eV的μc-SiGe:H底电池三结叠成,对光吸收分配更为合理.由其QE计算曲线可见,该结构电池的光谱响应与太阳光谱匹配良好,可吸收绝大部分的太阳光.