嵌入a-Si:H薄层的μc-Si/c-Si pn异质结太阳能电池热平衡态特性的数值模拟分析

应用计算机数值模拟方法计算p+(μc-Si:H)/n(c-Si)及p+(μc-Si:H)/i(a-Si:H)/n(c-Si)异质结太阳能电池中的电场强度分布,说明μc-Si/c-Si异质结电池制造中μc-Si:H膜厚选择,进而对嵌入a-Si:H薄层的μc-Si/c-Si异质结太阳能电池设计进行分析,包括a-Si:H薄层p型掺杂效应及本底单晶硅的电阻率选择,最后讨论μc-Si/c-Si异质结太阳能电池稳定性.     

PET塑料衬底非晶/微晶硅叠层太阳电池研究

采用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)技术,在125℃的低温条件下,沉积了一系列不同厚度的本征微晶硅(μc-Si)薄膜。对材料的光电特性和结构特性的测试结果表明,低温条件下制备的μc-Si薄膜具有较厚的非晶孵化层,并且纵向结构演变较为明显。采用梯度H稀释技术,在沉积过程中不断降低H稀释度,改善了μc-Si薄膜的纵向均匀性。将此技术应用于非晶硅(a-Si)/μc-Si叠层电池的μc-Si底电池,在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料衬底上制备出初始效率达到6.0%的a-Si/μc-Si叠层电池。     

VHF-PECVD法制备微晶SiGe薄膜及太阳电池

以Si2H6和GeF4为源气体,用甚高频等离子体增强化学气相沉积(VHF-PECVD)技术在不同衬底温度和功率条件下制备了SiGe薄膜材料.用喇曼光谱和扫描电子显微镜(SEM)对材料的结构进行了研究.结果表明:薄膜结构随温度的升高、功率的增大逐渐由非晶SiGe(a-SiGe)转变为微晶SiGe(μc-SiGe)材料.将这种材料应用于μc-SiGe薄膜太阳能电池中,电池结构为玻璃/SnO2/p-μc-Si/i-μc-SiGe/n-μc-Si/Al,首次获得效率η＝4.2%的μc-SiGe薄膜太阳能电池,开路电压Voc＝0.335 V,短路电流密度Jsc＝20.16 mA/cm2,填充因子FF＝41.938%.     

基于c-Si(P)衬底的a-Si/c-Si异质结模拟研究

本文中研究了影响 a-Si/c-Si 异质结界面复合的主要因素： 表面固定电荷 ,缺陷态载流子俘获界面： ,以及界面缺陷态密度 。当缺陷能级 接近c-Si本征能级,且 满足时,缺陷态复合中心复合速度达到最大。AFORS-HET 软件模拟显示, a-Si/c-Si界面能带不连续显著影响电池Voc、界面缺陷态密度大于1*1010 cm-2.eV-1时,界面态密度的增加会严重降低电池Voc,但其对电池电流密度影响不大。对于c-Si (P)/a-Si (P ) 结构异质结,C-Si衬底的势垒 和a-Si材料内的势垒 对降低c-Si (P)/a-Si (P ) 结构的接触电阻和界面复合速度,表现各不相同。     

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.     

异质结硅太阳能电池a—Si：H薄膜的研究

通过应用Scharfetter-Gummel数值求解Poisson方程，对热平衡态P^ （a-Si:H)/n(c-Si)异质结太阳能电池进行计算机数值模拟分析。结果指出，采用更薄P^ (a-Si：H）薄膜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，还讨论了P^ (a-Si:h)薄膜中P型掺杂浓度对光生载流了传输与收集的影响。高强茺光照射下模拟，计算表明，a-Si/c-Si异质结结构太阳能电池具有较高光稳定性。     

高效率n-nc-Si∶H/p-c-Si异质结太阳能电池

采用热丝化学气相沉积技术(HWCVD),系统地研究了纳米晶硅层(尤其是本征缓冲层)的晶化度以及晶体硅表面氢处理时间对nc-Si∶H/c-Si异质结太阳能电池性能的影响,通过C-V和C-F测试分析了不同氢处理时间和本征缓冲层氢稀释度对nc-Si∶H/c-Si界面缺陷态的影响,运用高分辨透射电镜观察了不同的本征缓冲层晶化度的nc-Si∶H/c-Si异质结太阳能电池的界面,优化工艺参数,在p型CZ晶体硅衬底上制备出转换效率为17.27%的n-nc-Si∶H/i-nc-Si∶H/p-c-Si异质结电池.     

高效率n-nc-Si:H/p-c-Si异质结太阳能电池

采用热丝化学气相沉积技术(HWCVD),系统地研究了纳米晶硅层(尤其是本征缓冲层)的晶化度以及晶体硅表面氢处理时间对nc-Si∶H/c-Si异质结太阳能电池性能的影响,通过C-V和C-F测试分析了不同氢处理时间和本征缓冲层氢稀释度对nc-Si∶H/c-Si界面缺陷态的影响,运用高分辨透射电镜观察了不同的本征缓冲层晶化度的nc-Si∶H/c-Si异质结太阳能电池的界面,优化工艺参数,在p型CZ晶体硅衬底上制备出转换效率为17.27%的n-nc-Si∶H/i-nc-Si∶H/p-c-Si异质结电池.     

nμc-Si:H/SiO_x/Ag隧道背面接触对a-Si:H太阳能电池性能的影响

本文研究了用 nμc-Si:H/SiO_x/Ag结构取代 nμc-Si:H/Ag结构对 a-Si:H pin型单结太阳能电池光伏参数的影响,观测到这种电池的填充因子和短路电流有所改善,文中对这些参数改善的机制作出了解释.     

NIP型非晶硅薄膜太阳能电池的研究

采用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)技术制备非晶硅(a-Si)NIP太阳能电池,其中电池的窗口层采用P型晶化硅薄膜,电池结构为Al/glass/SnO2/N(a-Si:H)/I(a-Si:H)/P(cryst-Si:H)/ITO/Al.为了使P型晶化硅薄膜能够在a-Si表面成功生长,电池制备过程中采用了H等离子体处理a-Si表面的方法.通过调节电池P层和N层厚度和H等离子体处理a-Si表面的时间,优化了太阳能电池的制备工艺.结果表明,使用H等离子体处理a-Si表面5 min,可以在a-Si表面获得高电导率的P型晶化硅薄膜,并且这种结构可以应用到电池上;当P型晶化硅层沉积时间12.5 min,N层沉积12 min,此种结构电池特性最好,效率达6.40%.通过调整P型晶化硅薄膜的结构特征,将能进一步改善电池的性能.     

Optimization of n/i and i/p buffer layers in n-i-p hydrogenated microcrystalline silicon solar cells

Hydrogenated microcrystalline silicon (μc-Si:H) intrinsic films and solar cells with n-i-p configuration were prepared by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). The influence of n/i and i/p buffer layerson the μc-Si:H cell performance was studied in detail. The experimental results demonstrated that the efficiency is much improved when there is a higher crystallinity at n/i interface and an optimized a-Si:H buffer layer at i/p interface. By combining the above methods, the performance ofμc-Si:H single-junction and a-Si:H/μc-Si:H tandemsolar ceils has been significantly improved.     

高效硅基异质结太阳能电池的模拟

a-Si:H/c-Si异质结太阳能电池的基本参数,如层厚度、掺杂浓度、a-Si:H/c-Si界面缺陷、功函数等是影响载流子传输特性和电池效率的关键因素。在本文中,利用AFORS-HET程序,研究了这些参数与a-Si:H/c-Si电池的性能的关联性。最后,具有TCO/n-a-Si:H/i-a-Si:H/p-c-Si/p -a-Si:H/Ag结构的太阳能电池的最优化性能被获得,其光电转换效率为27.07%（VOC: 749 mV, JSC: 42.86 mA/cm2, FF: 84.33%）。深入地了解异质结电池的输运特性,对进一步提高电池的效率有很大的帮助,同时对实际太阳能电池的制造也能提供有益的指导。     

量子阱太阳能电池的外量子效率

通过实验比较了砷化镓量子阱太阳能电池与不含量子阱结构的普通砷化镓太阳能电池的外量子效率. 结果表明,量子阱太阳能电池吸收光子的波长从870nm 扩展到了1000nm. 当波长小于680nm时,量子阱太阳能电池的外量子效率低于普通太阳能电池;而当波长大于于680nm时,量子阱太阳能电池的外量子效率高于普通太阳能电池. 对这个现象给出了解释,并对用量子阱太阳能电池代替三结电池的中间子电池的可能性进行了讨论.     

Microcrystalline Silicon Materials and Solar Cells Prepared by VHF-PECVD

A series of samples deposited by VHF - PECVD at different pressures were studied. The measurement results of photosensitivity (photo conductivity/dark conductivity) and activation energy indicaten ear the same rule with the change of the pressure. The results measured by Raman scattering spectra, X-ray diffraction and FTIR all proved the evident crystallization of the materials. Treating the p/i interface by hydrogen has a great improving effect on the performance of the microcrystalline silicon (μc-Si) p-i-n solar cells if the treatment time was appropriate. An efficiency of 4.24% for μc-Si p-i-n solar cells deposited by VHF-PECVD was firstly obtained.     

量子阱太阳能电池的外量子效率

通过实验比较了砷化镓量子阱太阳能电池与不含量子阱结构的普通砷化镓太阳能电池的外量子效率.结果表明,量子阱太阳能电池吸收光子的波长从870nm扩展到了1000nm.当波长小于680nm时,量子阱太阳能电池的外量子效率低于普通太阳能电池;而当波长大于于680nm时,量子阱太阳能电池的外量子效率高于普通太阳能电池.对这个现象给出了解释,并对用量子阱太阳能电池代替三结电池的中间子电池的可能性进行了讨论.     

p型微晶硅薄膜的沉积及其在微晶硅薄膜太阳电池中的应用

采用等离子体化学气相沉积(PECVD)方法制备了硼掺杂微晶硅薄膜和微晶硅薄膜太阳电池.研究了乙硼烷含量、p型膜厚度及沉积温度对硼掺杂薄膜生长特性和高沉积速率的电池性能的影响.通过对p型微晶硅薄膜沉积参数的优化,在本征层沉积速率为0.78nm/s的高沉积速率下,制备了效率为5.5%的单结微晶硅薄膜太阳电池.另外,对P型微晶硅薄膜的载流子疏输运机理进行了讨论.     

Theoretical analysis on GaAs sub-cell doping concentration for triple-junction solar cells irradiated by proton based on TCAD simulation

The degradation on the GaInP/GaAs/Ge triple-junction solar cells was irradiated by proton, and the solar cells with various GaAs sub-cell doping concentrations are modeled by the technology computer aided design (TCAD) simulation. The degradation results of related electrical parameters and external quantum efficiency (EQE) are studied. The degradation mechanism irradiated by proton is discussed. The short-circuit current, maximum power and conversion efficiency decrease with the increasing of GaAs sub-cell doping concentration. When the base doping concentration of GaAs sub-cell is 1×1016 cm-3, the degradation of short-circuit current is less than that of other base doping concentrations. Furthermore, under proton irradiation, with the increase of doping concentration of GaAs sub-cell, the open-circuit voltage first increases and then decreases. Meanwhile, when the base doping concentration of GaAs sub-cell is 2×1017 cm-3, the degradation of open-circuit voltage is less than that of other base doping concentrations. The research will provide the basic theories and device simulation method for GaInP/GaAs/Ge triple-junction solar cells radiation damage evaluation study and radiation hardening, and can provide guidance for the production of triple-junction solar cells in orbit.     

三结GaAs电池损伤对输出特性的影响研究

针对发生损伤后三结GaAs电池的电学特性进行了研究。从三结电池的等效电路模型出发,根据光伏效应相关理论,建立了GaAs三结电池损伤分析模型,具体计算了损伤发生在不同位置时,光电池输出电压、功率、效率的变化。结果表明,顶结发生热熔损伤对电池的电学特性影响最大,将直接导致光电转换效率下降17.23%。中结发生热熔损伤对电池的电学特性影响次之, 将引起4.23%的效率下降。底结损伤对电池的电学特性影响相对最小,所导致的光电转换效率下降量为2.42%。     

三波长激光照射下砷化镓聚光电池光电转换效率的研究

三结砷化镓叠层电池(InGaP/GaAs/Ge)耐强光、光电转换效率高且温度特性好,是激光无线电能传输系统中光电转换组件的理想材料.基于三结砷化镓叠层电池的光谱响应曲线,以532、808和980 nm三种波长激光组合入射,在保证入射总功率密度为2 W/cm2的条件下,研究了三种波长入射激光的不同功率配比对其光电转换效率的影响.结果表明,在532、808和980 nm三种波长入射激光功率配比为7:8:5时,光电转换效率最高,为33.549％.该研究对提高三结砷化镓电池的转换效率有一定的应用价值.     

Japanese programs on novel concepts in PV

Japanese R&;D activities in photovoltaics (PV) and our R&;D activities with III-V compound multijunction (MJ) solar cells are presented. We have realized high-efficiency InGaP/InGaAs triple-junction solar cells with an efficiency of 36.5–37% (AM1.5G, 200 suns) and concentrator triple-junction solar cell modules with an outdoor efficiency of 27% as a result of designing a grid structure, developing low optical loss Fresnel lens and homogenizers, and designing low thermal conductivity modules. Our challenge now is to develop low-cost and high output power concentrator MJ solar cell modules with an output power of 400 W/m² for terrestrial applications.