β-FeSi_2(n)/c-Si(p)HIT型太阳能电池的模拟与优化

运用afors-het软件对β-FeSi2(n)/a-Si(i)/c-Si(p)结构的太阳能电池进行模拟,依次讨论了本征层、发射层、界面态对电池性能的影响。结果表明:添加本征层电池性能提高,但随着本征层厚度的增加载流子收集率下降、串联电阻增大,造成电池光电转化效率下降;发射层厚度的增加使得载流子的收集率下降造成光电转化效率下降,同时发射层掺杂浓度增大虽然使得内建电场强度增大,但载流子的复合也会加大,最终使得电池性能保持稳定;界面态使得电池性能下降,为使电池获得较好性能,界面态密度应尽可能小于1011 cm–2·e V–1。通过优化,最终使得该结构的太阳能电池光电转化效率达到17.00%。     

不同工作温度下a-Si(n)/c-Si(p)/uc-Si(p )异质结太阳能电池微晶硅背场的模拟计算与优化

采用Afors-het太阳能电池异质结模拟软件,模拟了在不同工作温度下微晶硅背场对a-Si(n)/c-Si(p)异质结太阳能电池性能的影响。结果表明,随着背场带隙的增加,开路电压和转化效率都增大。随着背场掺杂浓度的增加,开路电压、填充因子和转化效率都在不断地增加;随着背场厚度的增加,电池性能有所下降。随着电池工作温度的上升,微晶硅背场所对应的最佳浓度掺杂值和最佳厚度值变化不大。但是随着温度的上升,微晶硅背场所对应的最佳带隙值有明显的右移趋势。实验结果为电池的商业化生产提供了实验参数。     

能带匹配对β-FeSi2(n)/ c-Si(p)太阳能电池转化效率的影响

运用AFORS-HET软件对TCO/β-FeSi2(n)/a-Si(i)/ c-Si(p)/ μc-Si(p )型太阳能电池各层结构之间的能带匹配进行了模拟。模拟结果表明,透明导电氧化膜与n型层间的能带匹配对太阳能电池的转化效率、开路电压和填充因子有较大影响,可以通过能带匹配有效地提高太阳能电池的转化效率。导带补偿会阻碍少数载流子的输运,界面态会加快少数载流子在界面的复合,降低导带失配,从而有利于提高太阳能电池的转化效率。衬底与背场的界面电场可以提高太阳能电池的转化效率。     

电致发光谱测量β-FeSi2-Si异质结载流子限制

设计了一种将β-FeSi2颗粒埋入非故意掺杂Si中的Si p-π-n二极管来确定β-FeSi2-Si异质结的能隙差.当二极管处于正向偏置时,通过Si n-p-结注入的电子扩散到β-FeSi2并由于Si与β-FeSi2之间的能隙差而受到限制,电荷在异质结的积累反过来阻挡了电子的继续扩散,将电子局域化在靠近Si n-p-结的p--Si区.少子的局域化减少了非辐射复合的途径,Si和β-FeSi2的发光增强,淬灭速率变慢,在室温低电流下仍可得到Si和β-FeSi2电致发光.Si和β-FeSi2发光强度的比率对温度的依存性表明同型异质结对电子限制能力的减弱符合热发射模型,由此确定出Si和β-FeSi2异质结导带带阶差为0.2eV.     

电致发光谱测量β-FeSi2-Si异质结载流子限制

设计了一种将β-FeSi2颗粒埋入非故意掺杂Si中的Si p-π-n二极管来确定β-FeSi2-Si异质结的能隙差.当二极管处于正向偏置时,通过Si n-p-结注入的电子扩散到β-FeSi2并由于Si与β-FeSi2之间的能隙差而受到限制,电荷在异质结的积累反过来阻挡了电子的继续扩散,将电子局域化在靠近Si n-p-结的p--Si区.少子的局域化减少了非辐射复合的途径,Si和β-FeSi2的发光增强,淬灭速率变慢,在室温低电流下仍可得到Si和β-FeSi2电致发光.Si和β-FeSi2发光强度的比率对温度的依存性表明同型异质结对电子限制能力的减弱符合热发射模型,由此确定出Si和β-FeSi2异质结导带带阶差为0.2eV.     

梯度掺杂对β-FeSi2(n)/c-Si(p)太阳能电池转化效率的影响

用AFORS-HET软件对β-FeSi2(n)/c-Si(p)太阳能电池的发射层进行了梯度掺杂模拟,并研究了发射区掺杂总量相同时梯度掺杂和均匀掺杂对电池转化效率的影响。分别讨论了梯度掺杂时发射区的能带、发射区的浓度差、发射区的层数对电池转化效率的影响。实验结果表明,发射区梯度掺杂可以明显提高电池转化的效率。随着发射区各层浓度比的增大,电池转化效率先增大后保持不变;随着发射区层数的增加,电池转化效率先增大后保持不变;随着发射区厚度的增加,电池转化效率逐渐降低。梯度掺杂电池转化效率的提高总量远大于因梯度发射区过厚造成的电池转化效率的降低总量。     

透明导电氧化膜的功函数对 μc-Si:H(n)/c-Si(p)异质结太阳能电池性能影响的数值模拟

用AFORS-HET软件分析了透明导电氧化膜(Transparent Conductive Oxide,TCO)的功函数对μc-Si∶H(n)/c-Si(p)异质结太阳能电池性能的影响.模拟结果表明,透明导电氧化膜的功函数会强烈影响太阳能电池的性能如Voc和FF.当透明导电氧化膜的功函数在TCO/μc-Si∶H(n)界面小于4.4 eV、μc-Si∶H(n)发射层的厚度为6 nm,透明导电氧化膜的功函数在μc-Si∶H(p+)/TCO界面大于5.2 eV且透明导电氧化膜为ZnO时,模拟的具有纹理结构的TCO/μc-Si∶H(n)/a-Si∶H(i)/c-Si(p)/a-Si∶H(i)/μc-Si∶H (p+)/TCO太阳能电池的转换效率达到了23.78％(Voc:758.6 mV,Jsc:40.94mA/cm2,FF:76.58％).这表明μc-Si∶H(n)/c-Si(p)异质结太阳能电池的性能与透明导电氧化膜的功函数紧密相关,通过透明导电氧化膜的功函数可以提高太阳能电池的效率.     

密度泛函理论研究：高压对β-FeSi2 (100)/Si(001)界面光学性质影响

高压对半导体材料β-FeSi2带隙和光学性质具有很好的调节作用。在本工作中,我们利用密度泛函理论研究了高压对具有Si缺陷结构的β-FeSi2 (100)/Si(001) 界面光学吸收行为的影响。随着压强的增大,光学吸收峰首先减小到一个最小值,然后才慢慢的增大。电子轨道分析表明：电子从价带的最高占据态到导带的最低非占据态的跃迁过程主要发生在界面区域的Fe原子轨道。结构分析表明：这种新奇光吸收行为依赖于施加在β-FeSi2 (100)界面区域的压力,Si(001) 结构可以部分的抵消施加在β-FeSi2 (100) 界面区域的压力,从而造成光吸收峰的下移。但是,当施加的压力足够大时,这种抵消作用开始减弱,从而造成光学吸收峰缓慢的上移。本研究表明压力可以有效的修饰其光学吸收行为。