P型衬底a-Si：H/c-Si异质结太阳能电池背面场和界面性质数值模拟研究

【摘要】： P型衬底a-Si:H/c-Si异质结太阳能电池具有重要的科学意义和应用价值。特别是,由于异质结独特的性质,使得它可以制作薄层化或硅材料用量少以及稳定性高的高效率硅太阳能电池,在光伏领域有重要的用途。本文通过数值模拟方法对P型衬底a-Si:H/c-Si异质结太阳能电池中背面场和界面性质展开研究,获得了一些创新性的研究结果。 首先,以能带理论,复合理论和载流子传输理论、半导体与光的相互作用理论为基础,研究了背面场对电池基本参数的影响机理。当背面场材料具有较好导电性时,电池的填充因子随之提高。进一步研究发现,背面场对短波长光的吸收增大了电池的短路电流密度;背面场的空穴激活能以及背面场与衬底基层材料之间的导带阶、价带阶影响了电池的开路电压。这对选择合适的背面场材料有特别的应用。 然后,以类c-Si界面缺陷态模型为基础,研究了背界面缺陷态与衬底电阻率的相互作用机理和界面缺陷态对电池基本参数的影响机理。第一,当衬底电阻率较大时,界面缺陷态中载流子的复合基本不受影响;当衬底电阻率足够小时,载流子在界面缺陷态中的表面复合会有较大增强。另外,在衬底电阻率减小过程中,衬底中空间电荷区宽度的减少和同时发生的窗口层中的空间电荷区宽度的增大改变了原有光谱吸收结构和光吸收特性。第二,异质结前界面缺陷态主要影响电池的开路电压,对电池短路电流基本没有作用;异质结背界面缺陷态主要影响电池的短路电流,同时对电池的开路电压有一定影响。进一步研究发现,当衬底电阻率很小时,电池开路电压由于载流子在异质结前界面缺陷态中的表面复合加强,产生较大衰减;同时,由于载流子在异质结背界面缺陷态中表面复合加强,电池短路电流也产生一定衰减。这一特性对于选取合适的衬底电阻率和界面缺陷态密度有重要的应用。 【关键词】：a-Si:H/c-Si异质结 背面场 衬底电阻率 异质结界面态
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 绪论12-27
• 1.1 研究背景及意义12-14
• 1.1.1 能源需求12
• 1.1.2 能源生产和利用现状12-13
• 1.1.3 现有能源生产和利用形式的危害13
• 1.1.4 太阳能及其利用的前景13-14
• 1.2 太阳能电池的发展历程14-15
• 1.2.1 准备阶段(1939-1973)15
• 1.2.2 发展阶段(1973-1996)15
• 1.2.3 成熟阶段(1996-2040)15
• 1.3 太阳能电池的分类及研究概况15-25
• 1.3.1 晶体硅太阳能电池16-18
• 1.3.2 非晶硅薄膜太阳能电池18-19
• 1.3.3 碲化镉(CdTe)太阳能电池19-21
• 1.3.4 铜铟(镓)锡(CIS或CIGS)薄膜太阳能电池21-23
• 1.3.5 非晶硅/晶体硅异质结太阳能电池23-25
• 1.4 本论文的研究目的和研究计划25-27
• 第二章 太阳能电池的基本理论27-42
• 2.1 太阳电池的工作原理27-33
• 2.1.1 半导体材料与光的相互作用27-29
• 2.1.2 载流子传输29-30
• 2.1.3 复合过程30-32
• 2.1.4 P-N结32-33
• 2.1.5 光电转换过程33
• 2.2 基本方程33-34
• 2.3 太阳能电池的基本参数34-35
• 2.4 影响转换效率的因素35-37
• 2.4.1 光学损失35-36
• 2.4.2 复合损失36-37
• 2.4.3 电阻损失37
• 2.5 非晶硅/单晶硅异质结太阳电池基础37-42
• 2.5.1 非晶硅/单晶硅异质结太阳电池简介37-39
• 2.5.2 异质结中载流子传输39-41
• 2.5.3 异质结太阳电池的原理41-42
• 第三章 异质结太阳能电池背面场研究42-50
• 3.1 引言42-43
• 3.2 电池结构43
• 3.3 物理模型43-44
• 3.4 背面场的参数优化44-47
• 3.5 背面场对电池性能的影响机理47-49
• 3.6 本章小结49-50
• 第四章 异质结太阳能电池界面特性研究50-59
• 4.1 引言50-51
• 4.2 电池结构51-52
• 4.3 物理模型52-54
• 4.4 衬底电阻率为变量时异质结界面态对电池性能的影响机理54-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第五章 结论59-61
• 参考文献61-68
• 致谢68-69
• 攻读硕士学位期间发表的论文69

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