硅基薄膜太阳电池的数值模拟

论文摘要

本论文运用一维光电子结构分析模拟软件AMPS-1D对硅基基薄膜太阳电池进行研究。首先分析了p-i-n型非晶硅薄膜太阳电池,然后对p-i-n结构纳米硅电池进行了详细的讨论,最后研究了纳米硅HIT太阳电池。主要内容及结论总结如下:（1）.对非晶硅p-i-n单结太阳电池的研究表明,p/i界面处的缺陷态会严重影响电池的性能。因此,需要在p/i界面处设置本征a-Si C:H缓冲层,来减少该处缺陷态密度,以有效降低此处载流子的复合。通过调节缓冲层的带隙可改变价带补偿的分布,使得载流子复合率的分布发生变化。当缓冲层的带隙为2.00 eV时,电池的性能最佳。同时,在p/i界面处插入缓冲层后,可以明显改善电池的蓝光效应,增强电池的性能。此外,提高本征吸收层的材料质量,降低缺陷浓度,选择合适的迁移率带隙也可以使得电池性能得到优化。（2）.设计（p+）nc-SiC:H/（i）nc-Si:H/（n+）nc-Si:H p-i-n单结纳米硅薄膜太阳电池模型,对本征吸收层的厚度进行了优化。当i层厚度为200 nm时,电池的性能最佳。通过对实验数据的数值拟合可以得到本征吸收层nc-Si:H晶粒尺寸与晶态比以及nc-Si:H晶粒尺寸与光学带隙的关系式。随着本征nc-Si:H层晶粒尺寸增大,本征层的光吸收系数减小,进而导致电池性能下降。窗口层的掺杂浓度也会影响电池的性能。当掺杂浓度为3×1018cm-3时,性能最优。（3）.对TCO/（p+）nc-Si:H/（i）a-Si:H/（n）c-Si/（i）a-Si:H/（n+）nc-Si:H/Al结构的太阳电池进行模拟分析。结果表明要获得高的输出功率,透明导电膜TCO的功函数应该越大。可以通过优化（p+）nc-Si:H发射极的掺杂浓度以及厚度,进一步提高电池的光电转换效率。通过在硅片表面沉积本征a-Si层可以有效钝化硅片表面的Si悬挂键,从而降低（p+）nc-Si:H/（n）c-Si异质结处的界面缺陷态浓度。另外,设置背场可以显著提高HIT太阳电池的开路电压和短路电流。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 太阳电池的基本原理
• 1.1.1 太阳光谱
• 1.1.2 半导体的光吸收及复合机制
• 1.1.3 太阳电池的输出参数
• 1.2 太阳电池的研究进展
• 1.2.1 太阳电池的分类
• 1.2.2 晶体硅太阳电池的研究进展
• 1.2.3 硅基薄膜太阳电池研究进展
• 1.3 AMPS 的原理和算法依据
• 1.3.1 AMPS 电学模型方程
• 1.3.2 AMPS 软件的使用方法
• +）a-SiC:H/buffer/（i）a-Si:H/（n⁺）a-Si:H 单结太阳电池的模拟'>第二章 （p⁺）a-SiC:H/buffer/（i）a-Si:H/（n⁺）a-Si:H 单结太阳电池的模拟
• 2.1 a-Si:H 薄膜的基本特征
• 2.2 a-Si:H 单结（p-i-n）太阳电池
• 2.2.1 p-i-n 太阳电池的结构及相关参数的设置
• 2.2.2 结果与讨论
• 2.3 本章小结
• 第三章 纳米硅p-i-n 型太阳电池的模拟
• 3.1 nc-Si:H 薄膜的结构特征
• 3.2 物理模型及模拟方法
• 3.2.1 器件结构
• 3.2.2 材料理化参数
• 3.3 数据来源及分析
• 3.3.1 纳米硅的光吸收系数
• 3.3.2 对实验数据的数学拟合
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 纳米硅本征层厚度对电池性能的影响
• 3.4.2 电池性能与i-层中晶粒尺寸的关系
• 3.4.3 窗口层掺杂浓度对电池性能的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 纳米硅HIT 太阳电池的模拟
• 4.1 HIT 太阳电池的结构
• 4.2 模拟结果与讨论
• +）nc-Si:H 发射极掺杂浓度对电池性能的影响'>4.2.1 （p⁺）nc-Si:H 发射极掺杂浓度对电池性能的影响
• +）nc-Si:H 发射极厚度对电池性能的影响'>4.2.2 （p⁺）nc-Si:H 发射极厚度对电池性能的影响
• 4.2.3 背场对电池性能的影响
• 4.2.4 界面态对电池性能的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文