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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 /