μc-Si:H(n)/c-Si(p)异质结太阳能电池的模拟研究

【摘要】：太阳能是一种取之不尽的环境友好型资源,如何有效把太阳能运用到日常生活中是人们关心的问题。近年来对太阳能电池的研究取得了一定的成果,HIT这种新型的太阳能电池结构的出现,以其高效性和低成本性迅速得到行业的认可。首先本文通过AFORS-HET软件分析了μc-Si:H(n)发射层的厚度和带隙,前后a-Si:H(i)本征层的厚度和带隙,以及μc-Si:H(p+)背场的厚度和带隙对μc-Si:H(n)/a-Si:H(i)/c-Si(p)/a-Si:H(i)/μc-Si:H(p+)太阳能电池性能的影响。模拟得出μc-Si:H(n)发射层厚度和带隙分别为6nm和1.6eV,前a-Si:H(i)本征层的厚度和带隙分别为3nm和1.6eV,后a-Si:H(i)本征层的厚度和带隙分别为3nm和1.6eV,以及μc-Si:H(p+)背场层的厚度和带隙为10nm和1.4eV时,太阳能电池的性能达到最佳。其次在以上的基础,我们模拟分析了前表面TCO/μc-Si:H(n)接触对TCO/μc-Si:H(n)/a-Si:H(i)/c-Si(p)简单HIT太阳能电池的影响,以及后表面TCO/μc-Si:H(p+)接触和不同TCO材料下,各层材料是平面型和纹理型对TCO/μc-Si:H(n)/a-Si:H(i)/c-Si(p)/a-Si:H(i)/μc-Si:H(p+)/TCO双面型太阳能电池性能的影响。模拟得出,TCO的使用会进一步提高太阳能电池的性能并且纹理型结构的TCO比平面型结构的TCO对太阳能电池效果更好。最后我们从μc-Si:H(n)/c-Si(p)界面处能带失配和c-Si(p)/μc-Si:H(p+)界面处能带失配如何以及为什么影响载流子传输性能和质量的角度,来模拟分析对太阳能电池性能的影响。模拟得出导带失配在μc-Si:H(n)/c-Si(p)界面低于0.3eV,导带失配在c-Si(p)/BSF界面为0.25eV时,模拟具有纹理结构的TCO/μc-Si:H(n)/a-Si:H(i)/c-Si(p)/a-Si:H(i)/μc-Si:H(p+)/TCO太阳能电池的Voc为775mV,Jsc为42.03mA/cm2,FF为75%,而效率达到了24.43%。这说明进一步深入研究太阳能电池的界面传输机理可以提高太阳能电池界面载流子传输质量和电池效率。 【关键词】：太阳能电池 异质结 透明导电氧化膜 功函数 能带失配
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 引言9
• 1.2 太阳光能量9-10
• 1.3 太阳辐射光谱10
• 1.4 太阳能的转换方式10-11
• 1.5 太阳能电池发展历程11
• 1.6 太阳能电池的种类11-13
• 1.6.1 按材料的种类分类12-13
• 1.6.2 按出现的时代分类13
• 1.7 太阳能电池的优缺点13-14
• 1.7.1 太阳能电池的优点13
• 1.7.2 太阳能电池的缺点13-14
• 1.8 本论文主要工作14-15
• 第二章 太阳能电池的基本理论15-25
• 2.1 电子和空穴15
• 2.2 P-N结15-16
• 2.3 太阳能电池的工作原理16-18
• 2.4 太阳能电池的表征参数18-22
• 2.4.1 理想太阳能电池的等效电路18
• 2.4.2 太阳能电池的短路电流18-19
• 2.4.3 太阳能电池的开路电压19
• 2.4.4 太阳能电池的填充因子19-20
• 2.4.5 太阳能电池的转换效率20-21
• 2.4.6 太阳能电池的寄生电阻21-22
• 2.5 太阳能电池的设计22-25
• 第三章 厚度和带隙对 μc-Si:H(n)/c-Si(p)太阳能电池性能的影响25-33
• 3.1 电池结构与模拟参数26-27
• 3.2 模拟结果分析与讨论27-32
• 3.2.1 μc-Si:H(n)发射层的厚度和带隙对太阳能电池的影响27
• 3.2.2 前a-Si:H(i)本征层的厚度和带隙对太阳能电池的影响27-29
• 3.2.3 后a-Si:H(i)本征层的厚度和带隙对太阳能电池的影响29-30
• 3.2.4 μc-Si:H(p+)背场层的厚度和带隙对太阳能电池的影响30-32
• 3.3 本章小结32-33
• 第四章 TCO对 μc-Si:H(n)/c-Si(p)太阳能电池性能的影响33-43
• 4.1 电池结构与模拟参数33-34
• 4.2 模拟结果分析与讨论34-42
• 4.2.1 TCO的功函数对简单HIT太阳能电池性能的影响34-38
• 4.2.2 μc-Si:H(p+)/TCO接触对双面型太阳能电池性能的影响38-40
• 4.2.3 不同材料的TCO对双面型太阳能电池的性能的影响40-42
• 4.3 本章小结42-43
• 第五章 界面载流子传输质量对 μc-Si:H(n)/c-Si(p)太阳能电池性能的影响43-53
• 5.1 电池结构与模拟参数43-45
• 5.2 模拟结果分析与讨论45-51
• 5.2.1 能带失配对 μc-Si:H(n)/c-Si(p)界面传输性能的影响45-48
• 5.2.2 能带失配对c-Si(p)/BSF界面传输性能的影响48-50
• 5.2.3 模拟 μc-Si:H(n)/c-Si(p)太阳能电池的性能50-51
• 5.3 本章小结51-53
• 第六章 总结53-55
• 参考文献55-59
• 致谢59-61
• 攻读学位期间发表的学术论文61-62

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