高效硅基薄膜疊層太陽電池學(xué)行為的模擬研究.pdf

1、采用不同帶隙的硅基薄膜材料構(gòu)成疊層太陽電池可以充分利用太陽光譜能量，從而提高硅基薄膜太陽電池的穩(wěn)定轉(zhuǎn)換效率，并大幅降低制造成本。
　　 本論文主要利用ASA光學(xué)模擬軟件對疊層硅基薄膜太陽電池光學(xué)行為進行了模擬研究，優(yōu)化硅基薄膜疊層太陽電池光學(xué)行為，以進一步提高硅基薄膜疊層太陽電池的轉(zhuǎn)換效率。本論文主要進行了如下四個方面的模擬研究工作：
　　 首先，針對單結(jié)非晶硅薄膜太陽電池進行了模擬，定義了一種“標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)”電池用于模擬硅

2、基薄膜太陽電池。模擬結(jié)果表明，“標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)”電池主要受限于TCO層和P層的吸收和電池總反射等光學(xué)損失。針對其弱點，在“標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)”基礎(chǔ)上，引入玻璃內(nèi)外表面制絨，減薄TCO厚度，在玻璃表面和TCO/P界面增加抗反射層等優(yōu)化方法。最終提出“最佳光學(xué)設(shè)計”的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了單結(jié)硅基薄膜太陽電池短路電流密度(Jsc)的有效提高。
　　 盡管已經(jīng)采用了“最佳光學(xué)結(jié)構(gòu)”這樣的設(shè)計來努力提高短路電流密度，但是所估測的單結(jié)電池效率仍僅在10％到13%附

3、近徘徊。與晶體硅電池相比，該結(jié)果不僅是薄膜材料的吸收問題，還源于微晶硅材料質(zhì)量限制使得開路電壓(Voc)不夠高；所以若想獲得與晶體硅電池比肩的高效率硅基薄膜電池，必須采用硅基薄膜疊層太陽電池結(jié)構(gòu)。所以我們把模擬的焦點轉(zhuǎn)移到非晶硅/微晶硅薄膜疊層太陽電池上。
　　 其次，通過模擬研究發(fā)現(xiàn)，“最佳光學(xué)結(jié)構(gòu)”對比“標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)”確實極大地緩解了對本征層的要求?！白罴压鈱W(xué)結(jié)構(gòu)”不但極大減薄了電池總厚度；而且，降低了頂、底子電池厚度比，對底電

4、池厚度的緩沖能力更強。
　　 再次，通過模擬研究發(fā)現(xiàn)ZnO中間層的吸收僅對微晶硅底電池的影響較大，所以必須盡量縮減ZnO中間層的厚度。ZnO中間層的插入，不但使得800nm以下的短波反射回前端被頂電池利用；而且800nm以上長波也被中間層反射回前端，非晶硅頂電池不能利用，部分被FTO前電極吸收，部分離開電池成為總反射的一部分。
　　 最后，結(jié)合非晶硅/微晶硅疊層太陽電池的特點，提出一種假想的中間層薄膜材料，即所謂“階梯型