非晶硅/晶体硅异质结电池的模拟计算
a-Si/c-Si异质结太阳电池由于结合了非晶硅低温、低成本的工艺制备过程和晶体硅稳定高效的优异特性,正在受到当今光伏产业越来越多的重视.作为界面器件,晶体硅与非晶硅界面处由于晶格失配、悬挂键、能带不连续等造成界面缺陷态,增加光生载流子的复合,影响其输运过程,因而对异质结界面的钝化是获得高效电池的关键.除了采用原子/离子氢对晶体硅表面的钝化之外,通常在掺杂层和晶体硅之间插入约5nm厚的a-Si:H薄层作为缓冲层来进一步钝化界面缺陷.但本征缓冲层的加入使得薄膜沉积工艺复杂化,德国HM1通过优化界面钝化过程,实现无缓冲层的a-Si(p)/c-Si(n)电池效率达到19.8﹪,因此,硅异质结电池中可否不用缓冲层,该问题对面向产业化的过程中,简化电池制备工艺有重要意义.本文采用德国HMI(HahnMeitnerInsitutue)开发的AFORS-HET硅异质结太阳电池模拟程序,模拟计算了有无本征缓冲层和不同的薄膜硅/晶体硅界面缺陷态密度情况下ITO/a-Si/c-Si/Ag异质结电池的光伏特性.通过模拟计算发现,薄膜硅/晶体硅的界面缺陷态密度是决定电池性能的关键因素,随着界面缺陷态密度的增加,填充因子(FF)迅速降低,电池性能下降.在不考虑界面态的情况下,本征层缓冲层的引入可以改善电池特性,使电池效率有所提高;而当考虑界面态的影响时,本征层的引入反而不利于电池性能的改善,开路电压降低,电池效率降低;并且随着界面缺陷态密度的增加,本征层的引入造成电池效率降低的幅度加大;当界面缺陷态面密度超过1012cm-2,则严重影响了电池的效率.以上模拟计算结果表明,如果能够通过氢处理等手段有效地钝化晶体硅表面,降低界面缺陷态密度,则不采用缓冲层也应得到高效率的a-Si/c-Si异质结太阳电池.
异质结太阳电池 界面缺陷态密度 缓冲层 薄膜沉积工艺 模拟计算 电池性能
崔介东 刘丰珍 张群芳
中国科学院研究生院物理科学学院,北京市,100049
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2006-11-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）