HIT+太阳能电池的界面钝化的研究-.pdfVIP

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? HIT 太阳能电池的界面钝化研究 伂幬 婳剮峿 僕 嵃 伂敬嗆 囮 谢 杨 启 (中国科学院半导体研究所 集成光电子学国家重点联合实验室 北京 100083) 摘要:摘要:硅异质结电池(HIT )具有制备温度低、稳定性好等优点,在光伏领域具有很好的前 摘要摘要:: 景。非晶硅/单晶硅之间的界面态对电池性能影响较大,因而非晶硅/单晶硅界面钝化问题一 直是 HIT 电池研究热点之一。本论文从模拟与实验两方面研究了界面态密度对HIT 电池的 影响。模拟结果表明界面态对电池开压影响较大,而对电池电流密度影响较小(如图 1 所示), 实验采用少子寿命和表面光电压谱(SPS——surface photovoltage spectroscopy,如图2 所示) 表征非晶硅对晶硅表面的钝化效果。 关键词:关键词:HIT太阳能电池 界面态 钝化 关键词关键词:: 岁 邑 O1 13_ ∽ 图 1 归一化后的开路电压、短路电流、填充因子、转换效率与界面态密度的关系 O01 图2 样品 座机电话号码 和 座机电话号码 的表面光电压谱图 4000 6000 8000 1000012000 14000 16000 ?项目来源:国家高技术研究发展计划(863 计划)(NO.2011AA050504 ) 作者简介:李浩(1986—),男,硕士研究生,主要从事柔性衬底硅薄膜太阳能电池的界面研究。E-mail:lihao2010@semi.ac.cn 通讯作者:曾湘波 副研究员,主要从事硅基低维光伏材料及器件研究 E-mail:xbzeng@semi.ac.cn wavelength A 0 引言引言 3nm,并且其中的缺陷态密度分布如图4 a 引言引言 [2] 在非晶硅/单晶硅异质结电池中间加入 所示 。c-Si p 和 c-Si p+ 的厚度分别为 一层很薄的 i-a-Si:H 层,就形成了 HIT 300μm 和 5μm 。界面态采用了3nm 厚的界 [3] (Heterojunction with Intrinsic Thin-Layer ) 面态层来进行模拟 ,并且界面态分布采用 电池结构。HIT 电池综合了晶体硅电池和非 高斯分布模拟 如图 4 b 所示 。在将界面的 晶硅电池的优点,是一个非常优秀的设计。 面缺陷态密度转化为体缺陷态密度时,我们 单晶硅太阳电池的制备中需要通过高温 利用了关系式 [1] ( 900 ℃)扩散来获得 pn 结 ,需要的能 ρ 1 ρ 2 ? d (1) 耗较高;非晶硅太阳能电池可以通过 其中 ρ1 为面缺陷态密度(cm-2 ),ρ2 为 PECVD Plasma-Enhanced Chemical Vapor 体缺陷态密度(cm-3 )。 Deposition 或 HWCVD hot-wire chemical 该关系式如下推到出: vapor deposition 等技术来实现电池的制 备,使用的能耗低,可以降低成本,但电池 ρ 1 ? S ρ 2 ? S ? d (2 ) 的转换效率较低,并且非晶硅太阳电池还有 则ρ 1 ρ 2 ? d (1) 一个缺点就是 S-W 效应(光致衰退效应), 使得非晶硅太阳电池在实际的应用中还是 其中 S 为选取的界面的面积,d 为界面 受到了限制。而非晶硅/单晶硅异质结太阳 层厚度,这里 d 取 3×10-7cm 。 电池综合了非晶硅和单晶硅电池的优点。既 通过关系式(1),我们有表 1 所示的面缺陷 发挥了单晶硅电池转换效率高的优点,又发 态密度和体缺陷态密度的对应关系。相关的 挥了非晶硅电池能耗小,成本低的优点。而 模拟参数如表 2 所示。 在非晶硅/单晶硅之间插入一层很薄的本征 表 1 面缺陷态密度和体缺陷态密度的对应关系 非晶硅层,对单晶硅的界面态起到了很好的 面缺陷态密度(cm-2 ) 对应的体缺陷态密度 钝化效果,使得电池的性能得到进一步的提 (cm-3 ) 10 16 高。 1 ×10 3.3 ×10 11 17 这里我们采用德国 Helmholtz-Zentrum 1 ×10 3.3 ×10 12 18 Berlin HZB 公司的 AFORT-HET2.4.1 模拟 1 ×10 3.3 ×10 12 19 软件对非晶硅/单晶硅异质结电池的特性进 5 ×10 1.65 ×10 行模拟计算。该软件是利用泊松方程和连续 1 ×1013 3.3 ×1019 性方程进行模拟计算。研究了不同界面态密 度对 HIT 电池性能的影响。 1 模拟计算模拟计算 模拟计算模拟计算 我们模拟的 HIT 电池的结构为 TCO/a-Si:H n /a-Si:H i /

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