【正文】 家人的愛永遠是我此生最寶貴的財富!最后，對在百忙之中對我的論文進行評審并提出寶貴意見的各位專家、教授致以誠摯的謝意。同時，我衷心感謝在大學(xué)四年的學(xué)習(xí)期間各位任課老師對我的教育和培養(yǎng)，感謝南通大學(xué)電子信學(xué)院所有領(lǐng)導(dǎo)、老師以及各位同學(xué)的關(guān)懷和幫助。從論文的選題、構(gòu)思到撰寫及修改完成都凝聚了導(dǎo)師大量的心血和汗水。Hx films[J],IEEE Trans on Electron Devices,1990,27(4)。太陽能發(fā)電技術(shù)與應(yīng)用[M].人民郵電出版社，2009，34[2] 王長貴，王斯成。 目前，—，Isc達到13mA/cm2，η達到12%以上。當(dāng)外電路加入負載時，則維持某一光電壓VL和光電流IL。 IL = 0, VL達到最大值，稱之為開路電壓Voc 。 其原理工作原理是基于半導(dǎo)體的光伏效應(yīng)。 非晶硅(aSi)太陽電池是在玻璃(glass)襯底上沉積透明導(dǎo)電膜(TCO)，然后依次用等離子體反應(yīng)沉積p型、i型、n型三層aSi，接著再蒸鍍金屬電極鋁(Al).光從玻璃面入射，電池電流從透明導(dǎo)電膜和鋁引出，其結(jié)構(gòu)可表示為glass/TCO/pin/Al，還可以用不銹鋼片、塑料等作襯底。 TCAD 主要特征包括： 自動創(chuàng)建輸入文件、編輯現(xiàn)有輸入文件，創(chuàng)建DOE，強大的參數(shù)提取程序和使得輸入文件中的參數(shù)變量化。這些商用軟件自推出后不斷改進,使之符合當(dāng)前微電子工藝技術(shù)水平,目前已有針對納米結(jié)構(gòu)的TCAD軟件推出。而隨后SILVACO公司也在Stanford大學(xué)的TCAD基礎(chǔ)上推出了自己的TCAD工具ATHENA和 ATLAS,ISE(integrated systems engineering)也有自己相應(yīng)的工藝模擬工具DIOS和器件仿真工具DESSIS。TCAD技術(shù)最早出現(xiàn)在 20 世紀(jì) 50 年代,最初只是采用一些簡單的模型來解釋和預(yù)測器件的物理行為?？梢灶A(yù)期在不久的將來，薄膜太陽能電池將與晶體硅和其他新興太陽能電池三分天下。但是非晶硅薄膜太陽能電池也存在許多缺點和問題阻礙了薄膜太陽能電池的發(fā)展。(3) 適當(dāng)減小非晶硅薄膜電池的厚度非晶硅薄膜太陽電池的光致衰減程度與薄膜的本征層厚度有關(guān)，當(dāng)本征層厚度小于300nm時，太陽能電池的性能相對穩(wěn)定。例如，對非晶硅太陽能電池進行反向偏壓－溫度退火處理后，其性能有明顯的改善，轉(zhuǎn)換效率比原來增加3％～15％。例如，用常規(guī)PECVD技術(shù)制備的ａSi:H薄膜中含有10％左右的H，而用化學(xué)退火法制備的ａSi:H薄膜的H含量小于9％，用熱絲法制備的ａSi:H薄膜H含量只有1％～2％。在制備方法上分別采用了電子回旋共振化學(xué)氣相沉積（ECRCVD），氫根化學(xué)氣相沉積（HRCVD），熱絲（HW） 法沉積和二極管系統(tǒng)等。向本征層摻雜其他種類以及不同數(shù)量的雜質(zhì)元素的實驗研究應(yīng)該不失為一個很好的研究方向。為了解釋SW效應(yīng)的起因，一些學(xué)者已經(jīng)建立了許多微觀模型；一些文獻也報導(dǎo)了解決SW效應(yīng)的試驗結(jié)果。SW效應(yīng)是非晶硅材料結(jié)構(gòu)的一種亞穩(wěn)態(tài)變化效應(yīng)，光照使非晶硅產(chǎn)生中性懸掛鍵等亞穩(wěn)態(tài)缺陷。由于這些技術(shù)的應(yīng)用，非晶硅薄膜太陽能電池的效率取得了很大提高，在實驗室中目前單結(jié)、雙結(jié)和三結(jié)非晶硅薄膜電池穩(wěn)定效率已經(jīng)分別達到了7％，9％和 12％。為解決該問題，生產(chǎn)工藝引入了梯度界面層，以改善P/N界面光生載流子的輸運特性。為了減少入射光透過太陽電池，還可以采用多層背反射電極，通過漫反射增加光在本征層的光程。為更充分地利用太陽能，除了改進現(xiàn)有的非晶硅基薄膜疊層電池結(jié)構(gòu)外，還需探索新的疊層，進一步提高非晶硅薄膜太陽電池的轉(zhuǎn)換效率。 (1).采用疊層［12］電池結(jié)構(gòu)以擴展光譜響應(yīng)范圍并提高穩(wěn)定性太陽光經(jīng)過大氣層后，：0～％；～％；～ 占25％；％。另外，由于對本征層厚度的要求不可能太大，所以能量接近于帶隙寬度的那部分長波光子，在有限的本征層之內(nèi)并不能充分地被吸收。 轉(zhuǎn)換效率低的原因及解決辦法造成非晶硅薄膜太陽能電池效率低下的根本原因，是電池的短路電流較小，這與非晶硅材料的結(jié)構(gòu)特點有關(guān)。非晶硅薄膜太陽能電池最大的缺點，就是電池的轉(zhuǎn)換效率還比較低，商業(yè)化生產(chǎn)的產(chǎn)品通常只有6％；另一方面，非晶硅薄膜太陽能電池性能不夠穩(wěn)定，存在比較嚴(yán)重的轉(zhuǎn)換效率光致衰減效應(yīng)。當(dāng)滑動變阻器R的值趨于0時，可以得到太陽能電池的短路ISC，而趨于無窮大時則得到開路電壓Voc，不斷變動R的值則分別得到不同的電流值Ii和電壓值Vi，并且存在二者乘積（即輸出電功率）的最大值Pmax，再根據(jù)前面的定義可以求得填充因子FF和光電轉(zhuǎn)換效率η。理想吸收材料的光譜響應(yīng)應(yīng)該是：當(dāng)光子能量hv﹤Eg時，SR=0；hv﹥Eg時，SR=1. 如前文中所述，描述太陽能電池電學(xué)性能的參數(shù)主要有4個：開路電壓Voc，短路電流ISC（或短路電流密度JSC）、填充因子FF和光電效率η。因此，它不僅取決于光量子的產(chǎn)額，而且取決于收集效率。ISC之比，所以轉(zhuǎn)換效率可表示為： （） 由于太陽電池材料只能最大限度地吸收一定波長的太陽光輻射，而太陽光譜卻是一個寬的連續(xù)譜，以及在室溫下必然存在晶格熱振動等散射機制，太陽電池的最高轉(zhuǎn)換效率不可能達到100％。實際上，由于受串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻的影響，電池的實際填充因子的值低于上述給出的理想值。用FF表示： （）填充因子是衡量電池輸出特性的重要指標(biāo)，代表電池在最佳負載時所能輸出的最大功率，其值越大表明太陽能電池輸出特性越好FF的值可由下式給出 （）式中：Voc是歸一化開路電壓；Voc=q Voc/nkT，n為二極管品質(zhì)因子。4. 填充因子如果負載的電阻值使得工作電流和電壓的乘積最大，即得到了最大的輸出功率，用符號Pm表示，即有： Pm=VmIm （）Vm和Im分別是太陽電池工作時的最大工作電壓和電流。在很多情況下，組件的峰值功率通常用太陽模擬器測定，并和國際認(rèn)證機構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化的。C。假如結(jié)形成的很好，禁帶寬度越寬的半導(dǎo)體Voc越大 開路電壓與短路電流的關(guān)系 太陽電池的工作電流和電壓隨著負載電阻的變化而變化，將不同阻值所對應(yīng)的工作電壓和電流值繪制成曲線就得到太陽電池的伏安特性曲線。而當(dāng)有較強的陽光時，Voc則與入射光的強度的對數(shù)成正比。2. 開路電壓 對理想PN結(jié)且不考慮太陽電池有限尺寸的影響，在開路情況下，光照PN結(jié)兩端建立光生電勢qVoc，稱Voc為開路電壓，表達式如下： （）在可以忽略串聯(lián)、并聯(lián)電阻的影響時，ISC為與入射光強度成正比的值，在很弱的陽光下ISC《IO。在外電路接上負載后，負載中便有電流過，該電流稱為太陽電池的工作電流，或稱輸出電流。，當(dāng)RS→0，Rsh→∞時，可得：（）當(dāng)外電路短路時（R=0、V=0），此時I最大，表達式為: I=IL=ISC （）ISC稱為短路電流。分析短路電流的最方便的方法是將太陽光譜劃分成許多段，每一段只有很窄的波長范圍，并找出每一段光譜所對應(yīng)的電流，電池的總短路電流是全部光譜段貢獻的總和： （）式中：λO為本證吸收波長限；R（λ）為表面反射率；F（λ）為太陽光譜中波長為λ～λ+dλ間隔內(nèi)的光子數(shù)。曲線上任何一點都可以作為工作點，工作點對應(yīng)的縱橫坐標(biāo)，即為工作電流和工作電壓，其乘積P=IV為電池的輸出功率。AE與JL的乘積，這時的結(jié)電壓Vj不等于負載的端電壓，由圖可見結(jié)點電壓的表達式為： Vj=IRS+V （）（2） 輸出特性 根據(jù)上圖就可以寫出太陽能電池輸出電流I和輸出電壓V之間的關(guān)系 （）其中暗電流Ibk應(yīng)為結(jié)電壓Vj的函數(shù)。IL為光生電流，ID為二極管電流，RS為串聯(lián)電阻，RSH為并聯(lián)電阻，I為輸出電流，V為輸出電壓。流經(jīng)負載的電流，經(jīng)過他們時，必然引起損耗，在等效電路中，可將他們的總效果用一個串聯(lián)電阻RS來表示。在恒定光照下，一個處于工作狀態(tài)的太陽能電池，其光電流不隨工作狀態(tài)而改變，在等效電路中可把他看坐是恒流源。多晶硅電池成本低，轉(zhuǎn)換效率略低于直拉單晶硅太陽能電池，材料中的各種缺陷，如晶界、位錯、微缺陷，和材料中的雜質(zhì)碳和氧，以及工藝過程中玷污的過渡族金屬。但也有晶體本身就是一個完整的大晶粒，這種晶體稱之為單晶體，如水晶和晶剛石。所以破裂時也按照一定的平面斷開，如食鹽、水晶等。 單晶硅、非晶硅、多晶硅的區(qū)別 區(qū)別晶體非晶體 日常所見到的固體分為非晶體和晶體兩大類，非晶體物質(zhì)的內(nèi)部原子排列沒有一定的規(guī)律，當(dāng)斷裂時斷口也是隨機的，如塑料和玻璃等，而稱之為晶體的物質(zhì)。薄膜硅太陽能電池主要有非晶硅(aSi)、微晶硅(μcSi)和多晶硅pSi)薄膜太陽能電池，前兩者有光致衰退效應(yīng)，其中μcSi薄膜太陽能電池光致衰退效應(yīng)相對較弱但μcSi薄膜沉積速率低()，光致衰退效應(yīng)致使其性能不穩(wěn)定，發(fā)展受到一定的限制，而后者則無光致衰退效應(yīng)問題，因此是硅系太陽能電池的發(fā)展方[7]。％( 理論最高光電轉(zhuǎn)化效率為25％)[4]，Geogia采用磷吸雜和雙層減反射膜技術(shù)，％的pSi太陽能電池[5]；新南威爾士大學(xué)光伏中心采用類似PERL電池技術(shù)，％的pSi太陽能電池[6]；中國能源網(wǎng)報道，德國弗勞恩霍夫協(xié)會科研人員于2004年采用新技術(shù)，在世界上率先使pSi太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率突破20％大關(guān)，％。與cSi太陽能電池相比,p