【正文】 為了避免摻雜濃度提高帶來(lái)缺陷，所以一般取在 1019cm3。 所得效率最大一組值是 p、 i、 n 層厚度分別為 5nm、 200nm、 5nm 時(shí)： Eff(%) Jsc(mA/cm^2) FF Voc(V) 非晶硅 pin型太陽(yáng)能電池的 JV曲線及能帶圖 如圖 : 湖北大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 26 0 .0 0 .2 0 .4 0 .6 0 .8 1 .00510152025303540J/(mA/cm^2)v o l t a g e / V p i nEf f : 1 5 . 9 4 4 %F F : 0 . 6 9 6t h e co m p a ri so n b e t w e e n si n g l e j u n ct i o n a n d d o u b l e j u n ct i o n 圖 (a) 非晶硅單結(jié)型與 pin型 JV曲線的比較 0 .0 0 0 .0 5 0 .1 0 0 .1 5 0 .2 0 0 .2 565432101Energy/eVp o si t i o n / u m v a cu u m l e v e l co n d u ct i n g b a n d F e rm i Ene rg y v a l e n ce b a n dd o u b l e j u n ct i o n o f a Si 圖 (b) 非晶硅 pin型能帶圖 pin 雙結(jié)型改變摻雜濃度 所用參數(shù)如表 所示： 湖北大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 27 表 pin型非晶硅太陽(yáng)能電池濃度改變時(shí)參數(shù)設(shè)置 前端接觸電勢(shì) PHIBO（ eV） 前端電子復(fù)合速率 SNO(cm/s) +07 前端空穴復(fù)合速率 SPO(cm/s) +07 前端反射率 RF 0 后端接觸電勢(shì) PHIBL（ eV） 后端電子復(fù)合速率 SNL(cm/s) +07 后端空穴復(fù)合速率 SPL(cm/s) +07 后端反射率 RB P 區(qū)厚度（ nm） 5 i區(qū)厚度（ nm） 200 N 區(qū)厚度（ nm） 5 以下分兩種情況來(lái)討論摻雜濃度變化對(duì)其各項(xiàng)因子的影響，即改變 n 型基區(qū)濃度與改變 p 型頂區(qū) (即發(fā)射區(qū) )濃度： 一、固定各層厚度 ,固定 p 區(qū)濃度為 1019cm3,改變 n 區(qū)濃度 , 所得模擬結(jié)果見(jiàn)圖 ： 1 E1 7 1 E1 8 1 E1 91 4 .01 4 .51 5 .01 5 .51 6 .01 6 .5 Ef f FFp =5n m 1 019cm3i =20 0 n mn =5n md o p p i n g l e v e l o f n l a y e r/ cm3Eff/%p i n st ru ct u re o f a Si w i t h p t o p l a y e r0 .6 60 .6 80 .7 00 .7 20 .7 4FF 圖 (a) pin型非晶硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化效率及填充因子隨 n區(qū)摻雜濃度的變化 湖北大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 28 1 E1 7 1 E1 8 1 E1 92 4 .4 02 4 .4 22 4 .4 42 4 .4 62 4 .4 82 4 .5 02 4 .5 22 4 .5 42 4 .5 62 4 .5 82 4 .6 02 4 .6 22 4 .6 42 4 .6 62 4 .6 82 4 .7 02 4 .7 22 4 .7 4 Jsc Vo cp =5 n m 1 019cm3i =2 0 0 n mn =5 n md o p p i n g l e v e l o f n l a y e r/ cm3Jsc/(mA/cm^2)p i n st ru ct u re o f a Si w i t h p t o p l a y e r0 .9 2 00 .9 2 10 .9 2 20 .9 2 30 .9 2 40 .9 2 50 .9 2 60 .9 2 70 .9 2 80 .9 2 90 .9 3 00 .9 3 10 .9 3 20 .9 3 30 .9 3 40 .9 3 50 .9 3 60 .9 3 70 .9 3 80 .9 3 90 .9 4 0Voc/V 圖 (b) pin型非晶硅太陽(yáng)能電池短路電流及開(kāi)路電壓隨 n區(qū)摻雜濃度的變化 如圖 所示 ,轉(zhuǎn)化效率、填充因子以及開(kāi)路電壓都隨著 p、 n層摻雜濃度的增加而增大，最后增加趨致緩慢。其次，禁帶寬度又直接影響開(kāi)路電壓的大小。 與單晶硅與多晶硅相比，也可以得知，禁帶寬度直接影響最大光生電流即短路電流的大小。 介電常數(shù) 電子遷移率（ I 層）（ cm2/V/s） 20 空穴遷移率（ I 層）（ cm2/V/s） 2 電子遷移率（摻雜層）（ cm2/V/s） 10 空穴遷移率（摻雜層） (cm2/V/s) 1 禁帶寬度（ eV）（ 300k） 電 子親和能（ eV） 導(dǎo)帶狀態(tài)密度 Nc +20 價(jià)帶狀態(tài)密度 Nv +20 施主型 受主型 NDG(cm3) +18 NAG(cm3) +18 EDONG(eV) EACPG(eV) WDSDG(eV) WDSAG(eV) GSIG/NG(cm2) GSIS/NA(cm2) GSIG/PD(cm2) GSIS/PA(cm2) 湖北大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 24 圖 典型非晶硅太陽(yáng)能電池的 pin結(jié)構(gòu) 示意圖 設(shè) P 層、 N 層厚度相同，只改變 I 層的厚度，模擬所用參數(shù)如下： 表 pin型非晶硅太陽(yáng)能電池厚度改變時(shí)參數(shù)設(shè)置 前端接觸電勢(shì) PHIBO（ eV） 前端電子復(fù)合速率 SNO(cm/s) +07 前端空穴復(fù)合速率 SPO(cm/s) +07 前端反射率 RF 0 后端接觸電勢(shì) PHIBL（ eV） 后端電子復(fù)合速率 SNL(cm/s) +07 后端空穴復(fù)合速率 SPL(cm/s) +07 后端反射率 RB P 區(qū)摻雜濃度（ cm3） +19 N 區(qū)摻雜濃度（ cm3） +19 固定 p 區(qū) n 區(qū)的厚度，增加 i區(qū)厚度，所得模擬結(jié)果圖 ： 0 100 200 300 400 500 60046810121416 Ef f FFp =5n m 1 019cm3n =5n m 1 019cm3w e d t h o f i l a y e r/ n mEff/%d o u b l e j u n ct i o n o f a Si w i t h p i n st ru ct u re0 .5 00 .5 50 .6 00 .6 50 .7 00 .7 50 .8 0FF 圖 (a) pin型非晶硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化效率及填充因子隨電池厚度的變化 湖北大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 25 0 100 200 300 400 500 6006810121416182022242628 Jsc Vocp =5n m 1 019cm3n =5n m 1 019cm3w e d t h o f i l a y e r/ n mJsc/(mA/cm^2)d o u b l e j u n ct i o n o f a Si w i t h p i n st ru ct u re0 .8 80 .8 90 .9 00 .9 10 .9 20 .9 30 .9 40 .9 50 .9 6Voc/V 圖 (b) pin型非晶硅太陽(yáng)能電池短路電流及開(kāi)路電壓隨電池厚度的變化 如圖 所示，與單晶硅、多晶硅及非晶硅單結(jié)時(shí)不同，四項(xiàng)電池輸出參量隨厚度的增加，都有一個(gè)峰值，這個(gè)峰值在 i 層厚度在 200nm 左右時(shí)取得。 ，可以不考慮制備晶體所必須考慮的材料與襯底的晶格失配問(wèn)題。 因而他比單晶硅對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收效率要高 40 被左右，用很薄的非晶硅膜（約 1um 厚）就能吸收 90%有用的太陽(yáng)能。還有，薄膜電池適合采用更大面積的基片。 5 非晶硅太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)與模擬 非晶硅太陽(yáng)能電池的研究概況及非晶硅性質(zhì) 非晶硅由于高的吸收吸收 ，所以易制成薄膜電池，為了降低太陽(yáng)能電池單元的制造成本，首先，要減少材料消耗。隨濃度的變化關(guān)系也與單晶硅類(lèi)似。當(dāng)背面為歐姆接觸時(shí)，背面復(fù)合速率考慮為 Sn=1*107cm/s,以便接近更實(shí)際的情況。 設(shè)計(jì)與模擬結(jié)果 多晶硅的性能參數(shù) 表 多晶硅的材料性能參數(shù) 多晶硅材料是由許多小晶粒組成，在晶粒內(nèi)部原子周期性 地有序排列，因此可以把每個(gè)晶?？闯梢粔K小的單晶體，同時(shí)每個(gè)小晶粒體內(nèi)部的摻雜濃度、遷移率等的分布均勻。 多晶硅太陽(yáng)能電池較單晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率低的一個(gè)最重要的原因是多晶硅中存在較多的晶粒及其晶粒間界（簡(jiǎn)稱(chēng)晶界）。 湖北大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 14 0 .8 0 .6 0 .4 0 .2 0 .0 0 .2 0 .40102030405060J/(mA/cm^2)Vo l t a g e / V d o u b l e j u n ct i o n w i t h p +Ef f : 3 4 . 5 2 %F F : 0 . 8 4 si n g l e j u n ct i o n Ef f : 3 2 . 3 5 2 %F F : 0 . 8 3 9co m p a ri so n b e t w e e n d o u b l e j u n ct i o n a n d si n g l e j u n ct i o n o f cS 圖 （ a） 加入背電場(chǎng)雙結(jié)單晶硅 JV圖 0 50 100 150 2006543210Energy/eVp o si t i o n / u m v a cu u m l e v e l co n d u ct i n g b a n d F e rm i Ene rg y v a l e n ce b a n dd o u b l e j u n ct i o n w i t h 圖 （ b） 加入背電場(chǎng)雙結(jié)單晶硅能帶圖 結(jié)論 通過(guò)比較單結(jié)晶單結(jié)型厚度的變化、濃度的變化、以及與雙結(jié)型做比較，可以得知：由于單晶硅遷移率比較大，所以在可以模擬的范圍內(nèi)，其轉(zhuǎn)化效率都是隨著厚度的增加而增加，在 200um時(shí)，湖北大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 15 就已經(jīng)幾乎達(dá)到穩(wěn)定值，所以，在單晶硅太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)時(shí)，為了減小不必要的材料損耗，可以在效率與電 池厚度兩個(gè)參數(shù)中選取折中。頂區(qū)重?fù)诫s是由于其一可以減小頂區(qū)薄層電阻，其二可以降低反向飽和電流，即提高開(kāi)路電壓。在超純單晶硅中摻入微量的Ⅲ A 族元素，如硼可提高其導(dǎo)電的程度，而形成 p 型硅半導(dǎo)體；如摻入微量的Ⅴ A 族元素，如磷或砷也可提高導(dǎo)電程度，形成 n 型硅半導(dǎo)體。 單晶硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率無(wú)疑是最高的，在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導(dǎo)地位，但由于受單晶硅材料價(jià)格及相應(yīng)的繁瑣的電池工藝影響，致使單晶硅成本價(jià)格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困難的。在此方面，德國(guó)夫朗霍費(fèi)費(fèi)萊堡太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所保持著世界領(lǐng)先水平。 3 單晶硅太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)與模擬 單晶硅太陽(yáng)能電池的研究概況及單晶硅性質(zhì) 硅系列太陽(yáng)能電池中，單晶硅大陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。對(duì)于太陽(yáng)能電池和二極管結(jié)構(gòu)，作為偏壓、光照以及溫度函數(shù)的收集效率也能夠得到。 AMPS 采用牛頓－拉普拉斯方法在一定邊界條件下數(shù)值求解聯(lián)立的泊松方程、電子和空穴的連續(xù)性方程，可以用來(lái)計(jì)算光伏電池、光電探測(cè)器等器件的結(jié)構(gòu)與輸運(yùn)物理特性。使用減反射膜可降低反射率。為了使 Isc最大，金屬柵占有的面積應(yīng)最小。不過(guò)通常情況下，串聯(lián)電阻主要來(lái)自薄擴(kuò)散層。如果 Wp+=0，則 Sn=∞，正如前面提到的。 圖 高摻雜效應(yīng) 湖北大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 5 六、表面復(fù)合速率 低的表面復(fù)合速率有助于提高 Isc，并由于 Is的減小而使 Voc 改善。既然（ Nd） eff和（ Na） eff顯現(xiàn)出峰值，那么用很高的 Nd和N