疊層電池總結(jié)

1、疊層太陽能電池小結(jié)疊層太陽能電池小結(jié)1疊層電池概述疊層電池概述由于太陽光光譜中的能量分布較寬，現(xiàn)有的任何一種半導(dǎo)體材料都只能吸收其中能量比其能隙值高的光子。太陽光中能量較小的光子將透過電池，被背電極金屬吸收轉(zhuǎn)變成熱能；高能光子超出能隙寬度的多余能量，則通過光生載流子的能量熱釋作用傳給電池材料本身的點陣原子使材料本身發(fā)熱。這些能量都不能通過光生載流子傳給負(fù)載，變成有效的電能。因此單結(jié)太陽能電池的理論轉(zhuǎn)換效率的一般較低。太陽光光譜可以被分成

2、連續(xù)的若干部分，用能帶寬度與這些部分有最好匹配的材料做成電池，并按能隙從大到小的順序從外向里疊合起來，讓波長最短的光被最外邊的寬隙材料電池利用，波長較長的光能夠透射進去讓較窄能隙材料電池利用，這就有可能最大限度地將光能變成電能，這樣的電池結(jié)構(gòu)就是疊層電池，可以大大提高性能和穩(wěn)定性。疊層aSi:H太陽電池能提高效率、解決單結(jié)電池存在的穩(wěn)定性問題的原因在于：（1）疊層電池把不同禁帶寬度的材料組合在一起，加寬了光譜響應(yīng)的范圍。（2）頂電池的i

3、層較?。?000108cm），以致光照后產(chǎn)生的空間電荷對i層電場的調(diào)制已不明顯，i層中電場強度分布變化不大，仍是高場區(qū)，有源區(qū)上的這種高電場顯然足以把i層中的光生載流子有效抽出，從而阻止光致衰退的發(fā)生。（3）底電池產(chǎn)生的光生載流子約為單結(jié)電池的一半，底電池的光致衰退效應(yīng)較小。雙結(jié)疊層電池通常由寬禁帶帶隙的頂電池、隧道結(jié)和窄帶帶隙的底電池三部分依次串聯(lián)而成。為了獲得盡可能高的光電轉(zhuǎn)換效率，疊層電池應(yīng)滿足材料晶格匹配、禁帶寬度組合合理和頂?shù)?/p>

4、子電池電流匹配等基本要求。疊層電池電流密度一般不同，頂?shù)纂姵氐碾娏魇鋾闺姵匦阅艽笫苡绊?。設(shè)法獲取電池匹配的結(jié)構(gòu)是保證疊層電池具有良好性能的重要一環(huán)。疊層太陽能電池的制備可以通過兩種方式得到：一種是機械堆疊法，先制備出兩個獨立的太陽能電池，一個是高帶寬的作為頂電池，一個則是低帶寬的作為底電池。然后把高帶寬的堆疊在低帶寬的電池上面。另一種是一體化的方法，先制備出一個完整的太陽能電池，再在第一層電池上生長或直接沉積在第一層電池上面。典型疊

5、層電池的結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1薄膜非晶微晶疊層電池結(jié)構(gòu)2疊層電池的隧道結(jié)疊層電池的隧道結(jié)作為有效地互連兩個子電池的過渡結(jié)，隧道結(jié)應(yīng)具有高透光率、阻抗?。ㄖ?fù)诫s）的特點，且其晶格常量和熱膨脹系數(shù)與上下層也要求匹配。隧穿結(jié)厚度包括非晶頂電池N層的厚度和微晶底電池P層的厚度。在疊層電池p1i1n1p2i2n2結(jié)構(gòu)中，n1p2結(jié)特性的好壞對電池特性參數(shù)Voc、Isc、FF均有重要影響。因為n1p2結(jié)相對器件內(nèi)建場為反偏結(jié)，任何寄生勢壘都將（5）0

6、221211()()[exp()2exp()][exp()exp()]fchchffchchchcheegdg???????????????????????????等式中εch1和εch2分別為施主態(tài)和受主態(tài)的特征能量，εf為aSi:H材料的費米能級。通過對上面兩式的求解可以得出下面的關(guān)系式：（6）1220212012121212()()[exp()exp()][exp()exp()]chchrchchffchchchchgeVeVeV

7、C??????????????????????其中，C為積分常數(shù)，若假定本征層內(nèi)電荷總量為0，即：（7）00000()()0ddrrddEdxdxEEdx????????????這里假定本征層厚度為d，并令VdV0=Vb(在計算中我們?nèi)b=1.2V)，便可以通過計算機對上面幾個式子進行數(shù)值求解從而得出本征層內(nèi)電場和電位隨空間位置變化的分布曲線，如圖1：圖1(a)和(b)、圖2(a)和(b)中各曲線1~5分別代表著最小隙態(tài)密度gmin為

8、11015cm3eV，31015cm3eV，11016cm3eV，31016cm3eV，11017cm3eV的情況。從圖1(a)和(b)上可以看到，隨著最小隙態(tài)密度的增大，最小場值迅速減小。另外也可以看到，在本征層很大范圍內(nèi)場值變化非常緩慢，可以用最小場值Emin來近似整個本征層的電場，這一關(guān)系在gmin較小時更為明顯。圖2(a)給出最小場值與本征層厚度關(guān)系，從圖2(a)可以看到，對于一定材料的禁帶寬度，隨著電池本征層厚度的增加，結(jié)內(nèi)最

9、小電場迅速減小，這將嚴(yán)重影響著電池的性能。但也不能將本征層做的太薄，那樣將影響到對光子的吸收。所以，對一定隙態(tài)密度，有一最大的本征層厚度，稱為最佳厚度d0。為了使光生載流子得到最有效的吸收，最佳厚度和最小場值應(yīng)該滿足下列關(guān)系式：（8）0mindE???其中，μ是漂移遷移率，τ是載流子的平均壽命μτ值可以從實驗中測得，非晶硅的μτ值大約為1108～4108cm2V1，在我們的計算中，μτ的取值為2108cm2V1。圖2(b)中各曲線和虛線