【正文】 最后，要感謝的是我即將離開的湖大之湖大圖書館，這里的各種文獻資料齊全，電子文檔內(nèi)容也及其豐富，不管什么時候需要什么文獻，都能夠在圖書館首頁的電子資源中找到，此刻，我才能真正感到作為湖大學(xué)子的驕傲，為我們做研究提高了如此理想的條件，再次衷心感謝。還有這次一起做相同課題的萬文典同學(xué)，經(jīng)常在一起討論這方面的問題，對我們的友誼以及知識增長都有很大的幫助。很榮幸的這次的畢業(yè)設(shè)計能夠跟著我們物電學(xué)院的副院長、學(xué)識淵博的高云教授做,所以首先要感謝高老師能夠提供這么一個課題讓我了解了很多太陽能電池方面的知識,使原來學(xué)過的半導(dǎo)體物理、半導(dǎo)體器件物理知識能夠真正學(xué)以致用，在畢業(yè)設(shè)計過程中，幫我解答了很多疑問，也是我對光伏電池更加產(chǎn)生了濃厚的興趣。Solar Cells[J],71(2022)399405 [18] 五沛亮,王紅林,[N].科技導(dǎo)報,2022,27(3) 9598[19] 姚若河, i [J],2022 年 12月第 24 卷第 12 期[20] 杜樊立,付秋明,(理工版)[J],2022 年 12 月第 51 卷第 S2 期[21] 丁扣寶,[N].2022 年 9月第 3 期湖北大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計）33致 謝經(jīng)過幾個月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方。Solar Cells[J],Feb,2022.[16] Andres Cuevas,Jason and puter modelling of sunsVoc silicon solar cell characteristics. Solar Energy Materialsamp。，應(yīng)綜合考慮效率與成本及工藝的問題。，并且可以提高開路電壓，還有利于形成歐姆接觸，同時也可以減小串聯(lián)電阻。湖北大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計）31總結(jié)通過以上模擬單晶硅、多晶硅、非晶硅單結(jié)或雙結(jié)的各個特性，可以有以下結(jié)論：，由于光子可以滲透到結(jié)很深的地方，結(jié)可能要設(shè)置的厚一些比如單晶硅一般厚度在 100200um，而非晶硅是在 nm 級，以便于充分吸收光子，提高效率。因此，通常在兩個重摻雜層當中淀積一層未摻雜的非晶硅層作為有源集電區(qū),這樣,由 pi 結(jié)合 in 結(jié)形成的內(nèi)建電場幾乎跨越整個本征層,該層中的光生載流子完全置于該電場中,一旦產(chǎn)生即可被收集,從而可以明顯提高電池效率。而較高的內(nèi)建電場也基本上從這里展開，使光生載流子產(chǎn)生后立即被掃向 n+側(cè)和 p+側(cè)。 結(jié)論在 pin 型光電池中，由各層的厚度可以得知，非晶硅電池內(nèi)光生載流子主要產(chǎn)生于未摻雜的i 層，與晶態(tài)硅太陽能電池中載流子主要由于擴散而移動不同，在非晶硅太陽能電池中，光生載流子主要依靠太陽能電池內(nèi)電場作用做漂移運動。 改變結(jié)構(gòu)頂層窗口層換成 SiC 后,摻雜濃度都為 1019cm3,pSiC:H、iSiC:H、nSi:H 厚度分別為5nm、200nm、5nm 時的模擬結(jié)果如下（黑色的是相同厚度相同摻雜普通 pin 型的 JV 曲線，以與之作比較）:0. 203040J/(mA/c^)V/ pinEf:: SicinEf:: parison betwen on pin ad SiCin湖北大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計）30圖 (a) 頂層為 aSiC：H 層的非晶硅電池 JV 特性與普通 pin 型比較0. 32101Energy/eVpositon/um vacum levl ondcting band Feri Eery valnc bandenrgy band of aSi with SiCtoplayer圖 （b） 頂層為 aSiC:H 層的非晶硅電池的能帶圖從圖 可以看出，同樣厚度的單晶硅電池，當頂層換成禁帶寬度比較大的 SiC 層厚，轉(zhuǎn)換效率可以有稍微提升,可以給出以下解釋:使用 aSi:H 的優(yōu)點是該種材料的帶隙可以通過控制碳的含量在很大范圍內(nèi)變化,即隨膜中碳含量的增加,aSi:H 的帶隙寬度可以從 增加到 。二、固定各層厚度為 5nm、200nm、5nm，固定 n 區(qū)濃度為 1019cm3，只改變 p 區(qū)濃度，所得模擬結(jié)果如下：1E7 1E8141516 Ef Fp=5nmi20n=5 109cm3doping levl of player/cm3Ef/%aSi of pin structreF圖 (a) pin 型非晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)化效率及填充因子隨 p 區(qū)摻雜濃度的變化湖北大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計）291E7 Jsc Vop=5nmi20n=5 109cm3doping levl of player/cm3Jsc/(mA/c^)aSi of pin structre 圖 (b) pin 型非晶硅太陽能電池短路電流及開路電壓隨 p 區(qū)摻雜濃度的變化如圖 所示，電池的轉(zhuǎn)化效率及填充因子都隨著頂區(qū)摻雜濃度的增高快速增大，短路電流在1018cm3 以后,快速減小，可能是因為摻雜濃度升高，載流子散射幾率增大，在復(fù)合中心的復(fù)合也會增大（實際情況中，摻雜濃度增高，載流子遷移率會降低，導(dǎo)致少子擴散長度變短，從而短路電流降低） 。而短路電流先隨著摻雜濃度增加而減小，在大概 1*1019cm3 時，有最小值，而隨后又開始增加，可以給出可能的解釋就是：在后面隨濃度增加以致重摻雜時，如同像是與前面的區(qū)形成了背電場，增加了多數(shù)載流子搜集率，短路電流有些增加。200nm 以后，各項參數(shù)值都下降。開路電壓的大小和 PN 結(jié)反響飽和電流的大小成反比。但禁帶寬度太小也不太合適，因為能量大于禁帶寬度的光子在激發(fā)出電子空穴對后剩余的轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，從而降低光子能量的利用率。由于太陽光中光子能量有大有小，只有那些能量比禁帶寬度大的光子才能在半?dǎo)體中產(chǎn)生光生電子——空穴對，從而形成光生電流。而后，開路電壓減小，是因為隨著 i 層厚度的增大，串聯(lián)電阻也增大，所以Voc 就會減小。其中對于填充因子來講 ,由于隨著 i 層厚度的增加,會不斷增加電池的串聯(lián)電阻,而串聯(lián)電阻是填充因子的重要影響因素,所以填充因子會不斷減少。 設(shè)計與模擬結(jié)果 非晶硅的性能參數(shù) 非晶硅的各個參數(shù)如下：表 非晶硅材料的性能參數(shù) 在以下的模擬中，若無特別說明，所有 p 型、i 層、n 型非晶硅層都加入同樣的兩個高斯缺陷，如下表所示： 表 各層中加入的高斯缺陷 pin 型設(shè)計與模擬 pin 型改變厚度考慮雙結(jié)結(jié)構(gòu)（即 pin 結(jié)）如圖 ，頂層為 P 層，與討論單晶硅同樣的方法，先改變各層的厚度。因而它幾乎可以沉積在任何襯底上，包括廉價的玻璃存底，并且易于實現(xiàn)大面積化。制作單晶硅電池一般需 1000℃以上的高溫，而非晶硅的制作僅需 200℃左右。，隨制備條件的不同約在 的范圍內(nèi)變化，這樣制成的非晶硅太陽能電池的開路電壓高。特別是在 的可見光波段，它的吸收系湖北大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計）23數(shù)比單晶硅要高出一個數(shù)量級(由于其為直接帶隙半導(dǎo)體,因此光子激發(fā)電子到導(dǎo)帶,不需要聲子的幫組,直接在電場下就可以形成電流)。非晶硅太陽能電池的發(fā)展：1975 年 Spear 等人利用硅烷的直流輝光放電技術(shù)制備出 aSi:H 材料，即用氫原子補償了懸掛鍵等缺陷態(tài)，才實現(xiàn)了對非晶硅材料的摻雜，非晶硅材料開始得到應(yīng)用。單晶硅或多晶硅太陽能電池的制造要用 1000℃高溫擴散和850℃燒結(jié)烘烤，電阻加熱爐需消耗大量電力，非晶硅太陽能電池用等離子體薄膜工藝只要 300℃左右的溫度。結(jié)晶型太陽能電池用厚度為 ~ 的單晶硅或多晶硅片，進一步減薄受到強度的限制。要制造出高效率的多晶硅太陽能電池，也同樣要考慮成本與效率以及制造工藝的多重關(guān)系。加入背面電場后，轉(zhuǎn)化效率也同樣有稍微增加。 改變結(jié)構(gòu)加入 p+層，形成背電場后，其中 n、p、p+層厚度分別為 100nm、20220nm、2022nm，摻雜濃度分別為 1019cm10 18cm10 19cm3,其 JV 曲線（圖 （a）中實線所示）及能帶圖如圖,由圖中可以看出，如同單晶硅一樣，加入背電場后，在同樣厚度及濃度情況下，效率有所增加：. 30405060J/(mA/c^2)voltage/V doublejunctioEf:%F: singlejunctioEf:: iglejunctio and oublejunctio fpSi圖 (a) 單結(jié)型多晶硅與雙結(jié)型多晶硅的 IV 曲線比較湖北大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計）21圖 (b) 加入背電場的能帶圖 結(jié)論通過以上模擬多晶硅改變厚度及摻雜濃度時的結(jié)果可知：由于在本實驗?zāi)M中，各項參數(shù)都跟單晶硅的幾乎相同，所以模擬結(jié)果同單晶硅一樣，在可模擬范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)化效率都隨厚度增加而增加，到一定厚度后，就趨于平穩(wěn)。 單結(jié)型改變厚度考慮頂層為 n 區(qū)，模擬中所用參數(shù)如下：表 頂層為 n 型單結(jié)多晶硅太陽能厚度改變時電池參數(shù)設(shè)置前端接觸電勢 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 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 圖 給出的是 n 區(qū)厚度為 100nm 時 p 區(qū)厚度從小到大變化的情況，其中 n 區(qū)摻雜濃度為1019cm3,p 區(qū)摻雜濃度為 5*1016cm3：湖北大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計）1702022022022001000246810214618202462830234 Ef Fn=10nm:9c3 p:5*1016m3wedth of player/nmEf/%singlejunction f pSi with ntoplayer圖 (a) 頂層為 n 型單結(jié)多晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)化效率及填充因子隨厚度的變化02022022022001000102030405060 Jsc Von=10nm:9c3 p:5*1016m3wedth of player/nmJsc/(mA/c^2) 圖 (b) 頂層為 n 型單結(jié)多晶硅太陽能電池短路電流及開路電壓隨厚度的變化湖北大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計）18由圖 可以看出：當 p 區(qū)厚度為 200um 時,多晶硅電池的轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)基本達到穩(wěn)定值,而其他各項參數(shù)隨厚度的變化關(guān)系都相同。介電常數(shù) 電子遷移率（摻雜層）（cm2/V/s） 750空穴遷移率（摻雜層）(cm2/V/s) 250禁帶寬度（eV）（300k） 電子親和能（eV） 導(dǎo)帶狀態(tài)密度 Nc（cm 3） +19價帶狀態(tài)密度 Nv（cm 3） +19湖北大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計）16 圖 多晶硅晶粒結(jié)構(gòu)在這里模擬中，所取的是多晶硅的理想狀況，即假設(shè)：? 假設(shè)多晶粒中所包含的所有晶粒都是柱狀的，且晶粒垂直于結(jié)面，每個晶粒大小、形狀、電學(xué)性質(zhì)（摻雜濃度、少子遷移率和擴散長度）和光學(xué)性質(zhì)（表面反射、受光照情況）一致；? 忽略晶粒結(jié)構(gòu)的其他不完整性；? 晶粒內(nèi)的摻雜濃度均勻，且在室溫下雜質(zhì)全部電離；? 晶粒間界處的摻雜雜質(zhì)全部為非電激活；? 忽略晶界厚度的影響（一般為幾個原子層厚度） ；? 假設(shè)晶界是部分耗盡的；? 電池具有背面電場時，背面復(fù)合速率考慮為 Sn=1*103cm/s。下圖顯示多晶硅電池的兩種結(jié)構(gòu)。因此，轉(zhuǎn)換效率除了受到少子壽命、表面復(fù)合速率、電池厚度等因素的影響外，最主要的是受到晶粒尺寸和形狀的影響。晶界是一個晶向的晶粒向另一個晶向的晶粒的過渡區(qū)，它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，原