硅基薄膜太陽電池的優(yōu)化設(shè)計(jì)與模擬計(jì)算.pdf

1、硅基薄膜太陽電池在降低成本方面比晶體硅太陽電池具有更大的優(yōu)勢：制作工藝簡單，耗材少；能沉積在廉價襯底上，適用于大面積生產(chǎn)；而且容易與建筑材料相結(jié)合，構(gòu)成光伏建筑一體化系統(tǒng)。所以，硅基薄膜太陽電池引起國內(nèi)外政府和研究機(jī)構(gòu)的高度重視。
　　 本論文主要利用一維光電子結(jié)構(gòu)分析模型(AMPS-1D)對硅基薄膜太陽能電池進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和模擬研究。首先對p-i-n型非晶硅薄膜太陽電池窗口層材料及本征層厚度進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)；然后對本征層帶隙漸變的

2、微晶硅薄膜太陽能電池進(jìn)行數(shù)學(xué)物理建模，模擬優(yōu)化了漸變帶隙結(jié)構(gòu)的太陽電池。最后對a-Si/μc-Si非晶硅疊層太陽電池結(jié)構(gòu)及工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。主要的工作總結(jié)如下：
　　 (1)模擬仿真了pin型非晶硅太陽電池不同窗口層材料對電池性能的影響。首先對p-μc-Si∶H窗口層進(jìn)行模擬優(yōu)化，p-μc-Si∶H厚度為10nm，遷移率帶隙Eμ=1-6eV時電池性能最佳，獲得了13.096％的高效率。插入i-a-SiC∶H緩沖層，明顯改善

3、電池性能，得到13.239％的效率。然后對p-a-SiC∶H窗口層進(jìn)行模擬優(yōu)化，p-a-SiC∶H厚度為10nm，摻雜濃度為1019cm2時，電池性能較好，效率為11.233％。最后，對采用p-μc-Si∶H窗口層的非晶硅太陽電池i層厚度進(jìn)行了優(yōu)化，當(dāng)i層厚度400nm時電池的轉(zhuǎn)換效率最高，達(dá)到13.251％。
　　 (2)結(jié)合相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用微晶硅帶隙與材料晶相比的關(guān)系，對pin型微晶硅薄膜太陽電池的i層帶隙漸變結(jié)構(gòu)的總光生

4、載流子產(chǎn)額、載流子復(fù)合速率等參數(shù)進(jìn)行模擬，并與普通的pin型微晶硅薄膜太陽電池進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明，一方面帶隙漸變結(jié)構(gòu)增加了進(jìn)入微晶硅i層作為活性層的光吸收；另一方面漸變各層之間存在缺陷和復(fù)合中心，影響載流子的收集。對于帶隙遞增型微晶硅(μc-Si∶H)pin型薄膜太陽電池，當(dāng)i層總厚度在1.2μm的時候，得到14.843％光電轉(zhuǎn)化效率。
　　 (3)設(shè)計(jì)了a-Si∶H/μc-Si∶H疊層結(jié)構(gòu)太陽電池，優(yōu)化了頂電池和底電池的最

5、佳本征層厚度。當(dāng)頂電池和底電池本征層厚度分別為90nm和1.5μm時，達(dá)到了最佳電流匹配。隧道結(jié)采用微晶硅材料，分別模擬計(jì)算了n/p結(jié)構(gòu)和n/i/p結(jié)構(gòu)隧道結(jié)的厚度、帶隙寬度、摻雜濃度和缺陷態(tài)密度等參數(shù)對電池性能的影響，得出最佳工藝參數(shù)。當(dāng)n/p隧道結(jié)的厚度為25nm，帶隙為1.4eV，摻雜濃度為5×1018cm-3，缺陷態(tài)密度為3×1018cm-3時，a-Si∶H/μc-Si∶H雙結(jié)疊層電池的效率為10.87％；而采用插入厚為5nm，