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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

邸明东  
【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。


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