高转换效率a-Si/pc-Si异质结太阳电池的设计与优化

摘要

本文采用AFORS-HET软件研究了a-Si/pc-Si异质结太阳电池的性能，并给出了进一步的优化结构，使电池的转换效率明显提高。
　　 通过对非晶硅和多晶硅太阳电池进行的模拟与优化分析，结合非晶硅和多晶硅层对太阳光的吸收特点，设计出了一种a-Si(n+)/pc-Si(p)异质结太阳电池。分别对异质结太阳电池的窗口层、吸收层及背场进行了模拟分析，给出了优化后电池的结构参数：窗口层厚度为5×10-7cm，浓度4x1018cm-3，异质结界面态密度为1×1012 cm-2以下，吸收层厚度5×10-3cm，掺杂浓度为5×1015cm-3，背场厚度3×10-6cm，浓度1×1020cm-3，背场缺陷态浓度控制在1×1017cm-3以下；同时分析了漏电流、电池表面的复合率及反射率对电池特性的影响。模拟结果表明：漏电流和表面反射率越小电池的效率越高；表面复合率只对电池的电流有影响，当复合率减小时，电流提高，电池效率增大。通过使用优化后的太阳电池各参数，电池的转换效率得到提高，即开路电压733.2mV1短路电流密度34.92 mA/cm2;填充因子84.99％;电池转换效率达到了21.76％.
　　 为进一步提高太阳光的吸收，在a-Si/pc-Si异质结太阳电池的基础上增加了本征层，模拟分析了本征层厚度、能隙宽度、缺陷态密度和电阻对电池的影响，给出了本征层各参数对电池性能的影响趋势等，在考虑陷光结构后，电池的转换效率可达到22.8％。

目录

声明

摘要

1 绪论

1.1 太阳能电池的分类及发展现状

1.2 本文的研究意义

1.3 本文的研究内容

2 太阳能电池的工作原理

2.1 异质结太阳能电池工作原理

2.1.1 光电转换过程

2.1.2 太阳能电池结构

2.1.3 太阳能电池工作原理

2.1.4 太阳能电池的基本参数

2.2 影响效率的因素

3 a-Si/pc-Si异质结太阳电池特性研究与设计

3.1 模拟软件AFORS-HET的介绍

3.2 a-Si/pc-Si异质结太阳电池的提出

3.2.1 多晶硅太阳电池

3.2.2 非晶硅太阳电池

3.2.3 a-Si/pc-Si太阳电池模型

3.3 异质结太阳电池基本结构参数设计分析

3.3.1 窗口层特性研究

3.3.2 吸收层特性研究

3.3.3 背场特性设计分析

3.4 复合电流对电池性能的影响

3.5 表面复合速率对电池特性的影响

3.6 表面吸收损失对电池特性的影响

3.7 太阳电池参数的优化

4 具有本征层的异质结太阳电池设计分析

4.1 具有本征层的异质结太阳电池模型

4.2 异质结太阳电池的伏安特性

4.3 本征层厚度对电池性能的影响

4.4 本征层能隙宽度对电池性能的影响

4.5 本征层缺陷态密度的研究

4.5.1 光陷阱的影响

4.5.2 界面态的影响

4.6 内电阻对电池性能的影响

4.6.1 串联电阻对电池的影响

4.6.2 并联电阻对电池的影响

5 结论

致谢

参考文献

在校期间发表论文