N型衬底HIT太阳电池计算机模拟及本征层钝化作用研究

摘要

1994 年，日本三洋公司研发了一种用氢化非晶硅层作为发射层，n 型织构单晶作为衬底的高效异质结太阳电池。这种太阳电池同时具备了非晶硅和晶体硅太阳电池的优点，尤其是非晶硅对晶体硅表面具有异常优越的钝化能力同时起窗口层的作用，不但能大大提高电池效率，而且在工艺上易于实现。目前，文献报道国内在n 型衬底和p 型衬底上制备的HIT 电池效率与三洋公司的结果存在一定的差距，对于非晶/单晶异质结太阳电池机理和实验现象还有待进一步研究。 1. 本文采用德国的HMI 研发的AFORS-HET 软件模拟了N 型衬底非晶硅/单晶硅异质结太阳电池的特性，结果表明随着发射层厚度的增加，短路电流下降，电池的短波响应变差。在非晶硅/单晶硅异质结界面处加入不同的界面态密度（Dit），发现当Dit>1012cm-2eV-1时，电池的开路电压和填充因子均大幅减小，导致电池效率的降低。当在非晶硅/单晶硅异质结界面处加入本征非晶缓冲层后，电池的性能明显改善，但是缓冲层厚度应控制在30nm以内。模拟的a-Si/I-a-Si:H/c-Si/ I-a-Si:H/n＋a-Si 双面异质结太阳电池的最高转换效率达到28.47％。 2. 利用等离子体气相沉积设备在晶体硅衬底上制备硅基薄膜，通过测量少子寿命，研究了本征氢化硅基薄膜对晶体硅衬底的钝化作用，并得到了性能优异的本征钝化层参数，并分别分析了设备各个因素条件变化对薄膜特性及薄膜对晶体硅钝化作用的影响，并对薄膜样品进行拉曼测量及对其进行高斯分解，证明了该样品为非晶结构，证明完全非晶态的本征层对晶体硅有着更好的钝化效果，为HIT 太阳电池制备中本征层薄膜指明了发展方向。