Si N~+/P/P~+太阳电池的数值模拟与分析

提出了单晶硅N /P/P 太阳电池的物理模型,采用数值模拟方法对其在AM1.5太阳光入射下的电池特性进行了模拟计算,分析了基区少子扩散长度和基区厚度对短路电流密度和转换效率的影响,着重分析了基区少子寿命对转换效率等电池特性的影响.模拟结果表明,在综合考虑了各种损耗机制的前提下,转换效率等电池特性都随基区少子寿命和少子扩散长度的增加而增大,并且从电池输出特性与基区少子寿命的关系曲线上可以方便地获得少子寿命所对应的短路电流密度、开路电压、填充因子和转换效率的值,为实验提供有力的理论依据和参考.     

高Al组分p-Ga_(1-x)Al_xAs/p-GaAs/n-GaAs太阳电池收集效率和短路电流的理论计算

本文对p-Ga_(1-x)Al xAs/p-GaAs/n-GaAs太阳电池收集效率的光谱响应和短路电流进行了计算,表明窗口层和窗口层漂移电场能有效地减小表面复合的影响,提高短波区的光谱响应。本文还讨论了窗口层厚度、Al组分、p-n结结深、表面复合速度和扩散长度对电池性能的影响。指出要得到大的短路电流,窗口层的电子扩散长度应大于窗口层厚度,p-GaAs区的电子扩散长度应大于三倍结深。在p-GaAs电子扩散长度一定的条件下,有一最佳结深,短路电流有极大值。     

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     

名词解释

常规太阳电池用常规工艺制造的太阳电池。通常指只有一个p—n结的单晶硅太阳电池。背场太阳电池在基区背面有一个与原内建电场指向相同的结电场的太阳电池。背反射电池在电池背面有高反射金属层的     

硅与砷化镓背场太阳能电池对比研究

对硅与砷化镓背场太阳能电池的结构，制备工艺等进行了比较。提出了可以制成基片厚度大于衬底材料少子扩散长度的背场太阳电池。     

Ga_(1-x)Al_xAs/GaAs太阳电池结特性研究

本文报道了Ga_(1-x)Al_xAs/GaAs电池正向暗I—V特性,示出暗I—V曲线,I_(01)、I_(02)、A_1、A_2及扩展区少子有效扩散长度等计算值。确定了以复合电流为主要暗电流的电流输运机理。用双指数模型讨论了暗特性和输出特性的关系。获得了开路电压V_(oc)随I_(02)降低而提高,填充因子FF随A_2的降低而增加的实验结果。EB1C扫描照片示出GaAs电池的有源区中存在无数不规则黑区,单束感生电流在这些区域明显减弱。电子探针测出黑区为Fe、Si、Al的杂质团。非火焰原子吸收光谱测出GaAs衬底中含有4×10~(15)cm~(-3)的杂质铁。铁、硅杂质团是影响少子扩散长度和复合电流的主要因素。 通过改进工艺,降低了暗电流,提高了电池性能,V_(oc)(1.01-1.05)超过理论预期值,FF(0.81-0.82)达到理论预期值,转换效率(AM1)达18—19％。     

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。     

量产效率>22.3%的高阻密栅PERC太阳电池及性能研究

采用低压三步法通磷源扩散制备低掺杂浓度的p-n结,并应用于高阻密栅p型单晶硅钝化发射极局域背接触(PERC)太阳电池。通过增加第二步小氮的流量以改变扩散后硅片的方阻。随着方阻的增大,发射极表面掺杂浓度降低、俄歇复合降低、平均少子寿命增加。通过ECV测试,研究不同方块电阻对发射极掺杂浓度及结深的影响,结合发射极光电损耗机理的理论分析,确定优化的扩散后方块电阻180Ω/□及激光选择性掺杂区域方阻为80Ω/□,并对应细栅的数目为114。研究表明,随着发射极方块电阻的提高,太阳电池的短波响应显著提高,短路电流稳定提升80 mA,而通过对细栅线设计的优化,可抑制方阻提高对串联电阻及填充因子的影响,高方阻密栅PERC太阳电池的光电性能显著提升,电池效率稳定提升0.28%,转化效率达到22.3%,体现出高方阻密栅技术应用于PERC太阳电池的巨大潜力。     

多晶硅电池片双面扩散的仿真研究

结合PC1D模拟软件,对减薄至200μm的多晶硅电池片进行双面扩散与背靠背扩散的对比研究。试验表明:双面扩散工艺和背靠背扩散工艺均具有良好的吸杂效果,少子寿命有很大提高,少子扩散长度已大于电池片厚度。双面扩散比背靠背扩散具有更好的吸杂和钝化效果,少子寿命更长。但PC1D软件仿真及试验结果显示,扩散后电池片的转换效率、短路电流、开路电压等电学性能没有显著改善。     

外延晶体硅薄膜电池的EBIC与SR-LBIC特性分析

电子束诱导电流(EBICElectron Beam Induced Current)是研究晶体缺陷(如晶界、位错、沉淀等)复合特性的一种有力工具.该文对以颗粒硅带为衬底的晶体硅薄膜电池表面及电池截面的晶体缺陷、特别是对晶界的复合行为进行了研究.电池表面EBIC照片表明复合中心位于晶界处,在小颗粒集中区域复合越强.截面的EBIC结果表明在颗粒晶界处分别有着强弱复合,与晶界处强的复合行为相比,颗粒内部没有或仅有比较弱的复合行为发生.靠近电池表面处的颗粒晶界和颗粒内部复合行为由于H钝化得到减弱,少数载流子扩散长度随深度的增加而降低.光谱决定的光束诱导电流(SR-LBIC)表明扩散长度在整个电池表面是不均匀的,最大扩散长度与外延层厚度相当.     

Ga_(1-x)Al_xAs/GaAs太阳电池材料中少子扩散长度与太阳电池效率

本文报道了PNN和PPNN结构的Ga_(1-x)Al_xAs/GaAs太阳电池材料中P-GaAs有源区的少子扩散长度与电池效率之间的关系,讨论了杂质、缺陷和结深等有关因素对少子扩散长度的影响。同时对L_n与V_(oc、I_(sc)和FF等电池参数间的关系也略加讨论。研制出效率达20.1％(AM1)的太阳电池。     

研制高效硅太阳电池的新进展

本文报道了我们研制的2×2cm~2、n~ /p硅太阳电池。它采用了绒面、硼背场、铝背反射器、Ti-Pd-Ag电极以及TiO_x-Al_2O_3双层减反射膜。在25℃、AM0条件下的最优样品电池输出功率达80.6mW。 实验表明:(1)硼背场导致电池开路电压增加50-60mV;(2)用1—2％的NaOH水溶液可腐蚀出接近于理想的绒面。这种表面结构与硼背场和TiO_x-Al_2O_3双层减反射膜相结合,使电池短路电流显著提高,与常规电池相比,约增加7.5mA/cm~2。     

背面结构对铝背发射极n型单晶硅太阳电池的影响研究

研究背面结构对铝背发射极n型单晶硅太阳电池的影响,提出背面抛光结构铝背发射极n型单晶硅太阳电池的制备方法。使用少子寿命测试仪、扫描电镜(SEM)、量子效率测试仪及太阳电池测试仪对电池的表面复合速率、微观结构、量子效率和电性能进行测定。结果表明:对铝背发射极n型单晶硅太阳电池,背面抛光结构优于背面金字塔绒面结构,背面抛光结构可降低电池背面的复合速率、改善p-n结质量、提高量子效率,使电池转换效率提高0.34%。     

镍背电极合金化的硅光电池

在n~ -p-Si结构的背面,用NaBH_4作还原剂,镀上镍电极,然后进行合金化处理制成的电池,开路电压显著增加,短路电流、I—V特性和长波响应得到改善。此外,与未合金化的电池相比,它具有较小的复合电流、串联电阻和开路电压温度系数。因此,该电池明显地表现出背电场特征。     

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%。     

本征氢化非晶硅薄膜厚度对其钝化性能和HIT太阳电池电性能的影响

以异质结(HIT)太阳电池的本征氢化非晶硅薄膜为研究对象，该HIT太阳电池采用n型硅片作为晶硅衬底，其n型电子传输层(下文简称为“n面”)为入光侧，p型空穴传输层(下文简称为“p面”)为背光侧。首先研究了n面和p面本征氢化非晶硅薄膜的厚度对膜层钝化性能和光透过率的影响，然后进一步研究了n面和p面本征氢化非晶硅薄膜不同厚度匹配设计对HIT太阳电池电性能的影响，并选出了最优厚度匹配方案。研究结果表明：1) n面本征氢化非晶硅薄膜的厚度越薄，n面非晶硅膜层的光透过率越高，但钝化效果会变差；当厚度达到5 nm时，硅片的少子寿命趋于稳定。2)在n面本征氢化非晶硅薄膜厚度一定的情况下，随着p面本征氢化非晶硅薄膜的厚度变厚，硅片的少子寿命先快速增加，当厚度达到9 nm时，硅片的少子寿命趋于稳定；当厚度大于9 nm时，制备的HIT太阳电池的短路电流和填充因子均下降，表明其串联电阻增大，导致光电转换效率降低。3)当n面和p面本征氢化非晶硅薄膜的厚度分别为5、9 nm时，n面的钝化效果和光透过率匹配较好，p面的钝化效果和电阻率匹配最优，即为最优厚度匹配方案；此方案制备得到的HIT太阳电池的光电转换效率达到...     

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.     

掺镓硅片电阻率对太阳电池性能的研究

本文将电阻率为0.2~4Ω·cm的掺镓硅片分别制备成常规铝背场电池和PERC电池,并对电池的少子寿命、电性能参数和光致衰减进行测量,研究了电池性能的差别,为掺镓硅片投入工业化生产提供了参考。实验结果表明:常规铝背场电池的转换效率随着电阻率的增加而增加,电阻率为3~4Ω·cm的电池转换效率最高为20.30%;PERC电池的转换效率随着电阻率的增加而减小,电阻率为0.2~1Ω·cm的电池转换效率最高为21.38%。     

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%.     

活性层厚度及温度对有机太阳电池的数值分析

利用AMPS-1D软件研究以P3HT∶PCBM为活性层的异质结有机太阳电池的各项性能。仿真结果表明:器件的短路电流、开路电压、光电转换效率、载流子的复合率均随器件活性层厚度的增大而增大,但器件的填充因子和内建电场随厚度的增加而减小。温度影响开路电压,但对短路电流影响不大。通过曲线的拟合发现,填充因子随着活性层厚度的增加呈现一次指数衰减,光电转换效率呈现一次指数增加的趋势。