AMPS-1D软件模拟设计P-Si/β-FeSi2/N-Si三明治结构薄膜太阳能电池

论文摘要

β-FeSi2是带隙宽度为0.87eV的直接带隙半导体,光吸收系数高达1×105cm-1,在太阳能电池方面有很高的潜在应用价值。近十年来多个研究小组针对β-FeSi2/Si异质结太阳能电池展开研究,但实验报道最佳的β-FeSi2/Si薄膜太阳能电池的转换效率仅有3.7%,远远达不到实际应用的需求。因此,本文设计了一种P-Si/β-FeSi2/N-Si三层结构的薄膜太阳能电池,并采用光电子器件模拟软件—AMPS-ID进行模拟,研究器件结构,材料特性对光伏性能的影响。本论文从器件基本结构出发,系统研究了β-FeSi2的厚度、缺陷态密度,P-Si与N-Si的掺杂浓度,界面态等参数对P-Si/β-FeSi2/N-Si三层结构电池性能的影响。研究结果表明,最优化的β-FeSi2厚度为300nm；在缺陷态密度低于1×1016cm-3eV-1时,三层结构的开路电压明显高于两层结构。当缺陷态密度高于1×10’6cm-3eV-1时,内建电场将会严重削弱。这表明,控制减少缺陷态密度是实现三层结构高效光伏性能的重要条件。此外,研究结果指出,增加两侧硅层掺杂浓度可以进一步减小界面势垒的高度和宽度,有助于光生载流子隧穿通过界面,并降低载流子在界面的复合。此外,本论文综合比较了P-Si/β-FeSi2/N-Si三层结构,β-FeSi2/Si,以及硅太阳能电池三种不同结构的光伏特性。结果指出,β-FeSi2高的光吸收系数在电池中具有明显优势,P-Si/β-FeSi2/N-Si三层结构在厚度仅为单晶硅5%的条件下得到了与单晶硅太阳能电池相当的转换效率,而且三层结构效率明显高于β-FeSi2/Si异质结。本论文设计的新型P-Si/β-FeSi2/N-Si三层结构薄膜太阳能电池具有超薄、高效率、低成本等优势,为发展新型太阳能电池提供了一种新的思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 太阳能电池工作原理
• 1.2 薄膜太阳能电池研究现状
• 1.2.1 非晶硅薄膜太阳能电池
• 1.2.2 多晶硅薄膜太阳能电池
• 1.2.3 铜铟硒（CIS）薄膜太阳能电池
• 1.2.4 碲化镉（CdTe）薄膜太阳能电池
• 2薄膜太阳能电池的研究现状'>1.2.5 β-FeSi₂薄膜太阳能电池的研究现状
• 2在其他领域的应用'>1.3 β-FeSi₂在其他领域的应用
• 2薄膜常用的制备方法'>1.4 β-FeSi₂薄膜常用的制备方法
• 1.5 AMPS-1D软件
• 1.6 本课题研究的内容及意义
• 第二章 AMPS-1D软件
• 2.1 AMPS-1D软件的计算原理
• 2.2 AMPS-1D软件的掺杂模型
• 2.3 AMPS-1D软件的缺陷模型
• 2.4 AMPS-1D软件的界面模型
• 2.5 本章小结
• 第三章 薄膜厚度和掺杂对器件性能的影响
• 3.1 模拟设计的参数
• 2厚度对薄膜电池性能的影响'>3.2 β-FeSi₂厚度对薄膜电池性能的影响
• 3.3 P-Si与N-Si掺杂浓度对薄膜电池性能的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 缺陷对器件性能的影响
• 4.1 模拟设计的参数
• 4.2 模拟结果与讨论
• 4.2.1 两种结构的光电参数与缺陷态的关系
• 4.2.2 三明治结构电场分布与缺陷态的关系
• 4.3 本章小结
• 第五章 界面对器件性能的影响
• 5.1 界面模拟参数的设计
• 5.1.1 AMPS软件的带尾模型
• 5.1.2 界面的缺陷态模型设计
• 5.1.3 模拟设计参数表
• 5.2 模拟结果与讨论
• 5.3 本章小结
• 第六章 各种太阳能电池性能的比较
• 6.1 模拟参数
• 6.2 模拟结果比较
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢