硅基金屬化合物半導(dǎo)體(黃銅礦及碲化鎘)異質(zhì)結(jié)太陽電池模型計(jì)算.pdf

1、目前太陽電池市場主要被兩類所占據(jù)，第一代的單晶/多晶硅電池（簡稱硅片太陽電池）和第二代薄膜太陽電池（主要包含α-Si/μ-Si、CdTe、CIGS三類）。其中第一代電池技術(shù)最成熟，轉(zhuǎn)換效率最高，市場占有率大，但是生產(chǎn)成本較高。第二代電池生產(chǎn)及原料成本低，但是轉(zhuǎn)換效率較低。如何將兩者的優(yōu)勢(shì)結(jié)合，在硅片的基礎(chǔ)上，利用較低成本薄膜技術(shù)形成異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體并最終制造出比第一代硅片太陽電池更高效率、成本更低的新一代（類）電池，將是一個(gè)重要課題。

2、>　　 基于以上思路，日本Sanyo開發(fā)出了α-Si(p)/α-Si(i)/c-Si(n)的HIT電池，最高效率超過了22％，這是最成功的案例。該類電池具有幾大優(yōu)點(diǎn)，一是采用低溫(200℃以內(nèi))沉積方式形成PIN結(jié)，避免了常規(guī)硅電池工藝的高溫?cái)U(kuò)散工藝，既減少了生產(chǎn)能耗，又避免了高溫產(chǎn)生的形變及熱損傷，減少了碎片率。二是在沉積氫化非晶硅，形成PIN結(jié)的同時(shí)，又帶來了很好的表面鈍化作用。三是非晶硅帶隙在1.7eV以上，與晶體硅的1.12e

3、V相比更高，從而形成更強(qiáng)的內(nèi)建電場，大幅度地提高開路電壓。但是除了Sanyo外，其他研究小組的還沒有超過20％的報(bào)道。由此可見，研究其工作原理，理清其結(jié)構(gòu)及性能特征是非常有必要的。
　　 而且，該類電池也有它的局限處，具體表現(xiàn)為:一是非晶硅材料有很多的界面態(tài)和缺陷，載流子遷移率比較低，影響了光生電流的收集。二是非晶硅材料本身有光致衰退作用。三是非晶硅材料和晶體硅材料的光吸收系數(shù)都不是很高，要提高長波相應(yīng)，要求硅片的厚度不能太薄，

4、也限制了電池向薄型化發(fā)展的潛力。
　　 那么，作為目前被廣泛研究并已有成熟的產(chǎn)業(yè)化工藝和經(jīng)驗(yàn)的另外兩類薄膜電池的主要材料:CuInGaSe2和CdTe，它們能否與晶體硅形成類似的高效率異質(zhì)結(jié)太陽電池？如果可以，用怎樣的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)？怎樣的結(jié)構(gòu)參數(shù)搭配可以達(dá)到最高的轉(zhuǎn)換效率？
　　 為了回答這些問題，本文將對(duì)其分別建立模型，并嘗試?yán)妹绹e夕法尼亞大學(xué)開發(fā)的用差分方程和數(shù)值迭代方法計(jì)算半導(dǎo)體器件和太陽電池工作機(jī)理的程序AMPS

5、-1D進(jìn)行理論模擬。研究范圍主要包括:
　　 ①TCO功函數(shù)與異質(zhì)結(jié)表面勢(shì)壘。
　　 ②正表面和背表面復(fù)合速度。
　　 ③金屬化合物半導(dǎo)體帶隙、載流子濃度、載流子遷移率。
　　 ④界面態(tài)密度、缺陷態(tài)密度。
　　 ⑤異質(zhì)結(jié)能帶補(bǔ)償。
　　 ⑥硅片類型（包含摻雜類型、雜質(zhì)濃度、厚度）。
　　 ⑦背場厚度、摻雜濃度等等對(duì)異質(zhì)結(jié)電池性能的影響。
　　 本文的結(jié)構(gòu)及主要內(nèi)容為:第一章

6、介紹異質(zhì)結(jié)、異質(zhì)結(jié)電池的基本概念及物理模型，并簡單回顧了幾種常見的異質(zhì)結(jié)電池;第二章介紹了模擬所用的AMPS-1D((A)nalysis of(M)icroelectronic and(P)hotonic(S)tructures,1-dimention)軟件的計(jì)算原理、使用操作界面;第三章對(duì)硅基黃銅礦異質(zhì)結(jié)太陽電池建立結(jié)構(gòu)模型，并用AMPS-1D進(jìn)行參數(shù)的優(yōu)化模擬;第四章對(duì)硅基碲化鎘異質(zhì)結(jié)太陽電池建立結(jié)構(gòu)模型，并用AMPS-1D進(jìn)行參數(shù)