【正文】 m， n區(qū)的摻雜濃度為 1019cm3，所用參數(shù)設(shè)置如下： 湖北大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 19 表 頂層為 n型單結(jié)多晶硅太陽能電池濃度改變時電池參數(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 得到的模擬結(jié)果如下： 1 E1 7 1 E1 8 1 E1 9283032 Ef f FFn =10 0 n m 1 019cm3p =20 0 0 0 0 n md o p p i n g l e v e l o f p l a y e r/ cm3Eff/%0 .8 2 00 .8 2 50 .8 3 00 .8 3 50 .8 4 00 .8 4 50 .8 5 00 .8 5 50 .8 6 0FFsi n g l e j u n ct i o n o f p Si 圖 (a) 頂層為 n型單結(jié)多晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)化效率與填充因子隨濃度的變化 湖北大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 20 1 E1 7 1 E1 8 1 E1 954555657585960 Jsc Vocn =10 0 n m 1 019cm3p =20 0 0 0 0 n md o p p i n g l e v e l o f p l a y e r/ cm3Jsc(mA/cm^2)si n g l e j u n ct i o n o f p Si0 .5 60 .5 80 .6 00 .6 20 .6 40 .6 6Voc/V 圖 (b) 頂層為 p型單結(jié)多晶硅太陽能電池短路電流與開路電壓隨濃度的變化 由上圖可知：隨著 p 區(qū)摻雜濃度的增加，電池各項因子都先有稍微增長，隨后基本不變，所以為了減小摻雜所帶來的缺陷，可以將 p區(qū)濃度設(shè)置為 5*1016cm3。隨濃度的變化關(guān)系也與單晶硅類似。但是如上所說，本文中所模擬的多晶硅是一種理想狀況，即假設(shè)多晶硅的晶粒是柱狀的，并且垂直與受光面，這樣不必考慮晶粒間的載流子輸運問題。 5 非晶硅太陽能電池的設(shè)計與模擬 非晶硅太陽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，為了降低太陽能電池單元的制造成本，首先，要減少材料消耗。而薄膜型太陽能電池可用廉價的玻璃基片或柔性材料作基片，吸收層厚度為微米級；其次，能減少制造過程中的能耗。還有，薄膜電池適合采用更大面積的基片。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 L e v e l v a l e n ce b a n dd o u b l e j u n ct i o n o f p Si w i t h p + l a y e r湖北大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 22 圖 非晶硅結(jié)構(gòu) CRN模型 圖 某些半導(dǎo)體材料的光吸收系數(shù) 非晶硅太陽能電池之所以受到人們關(guān)注和重視，是因為一下優(yōu)點： （如圖 ）。 因而他比單晶硅對太陽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%有用的太陽能。 ，沉積溫度低，時間短，適于大批生產(chǎn)。 ，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題。 ，約 100 千瓦小時，能好的回收年數(shù)比單晶硅太陽能電池短得多。 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） 24 圖 典型非晶硅太陽能電池的 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型非晶硅太陽能電池厚度改變時參數(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 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） 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型非晶硅太陽能電池短路電流及開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)時不同，四項電池輸出參量隨厚度的增加，都有一個峰值，這個峰值在 i 層厚度在 200nm 左右時取得。 對于開路電壓來講 ,剛開始 50nm時 ,有一個峰值 ,可能是由于此時 i層阻礙了空穴電子的復(fù)合 ,使得開路電壓有所增大。 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。所以材料禁帶寬度小，小于它的光子數(shù)量就多，獲得的短路電流就大。其次，禁帶寬度又直接影響開路電壓的大小。禁帶寬度越大，反向飽和電流越小，開路電壓越高。 所得效率最大一組值是 p、 i、 n 層厚度分別為 5nm、 200nm、 5nm 時： Eff(%) Jsc(mA/cm^2) FF Voc(V) 非晶硅 pin型太陽能電池的 JV曲線及能帶圖 如圖 : 湖北大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 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） 27 表 pin型非晶硅太陽能電池濃度改變時參數(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 P 區(qū)厚度（ nm） 5 i區(qū)厚度（ nm） 200 N 區(qū)厚度（ nm） 5 以下分兩種情況來討論摻雜濃度變化對其各項因子的影響，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） 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型非晶硅太陽能電池短路電流及開路電壓隨 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。隨著摻雜濃度的增加， pi 結(jié)、 in 結(jié)形成的內(nèi)建電勢會比較大，所以開路電壓就會比較高，同時由于摻雜濃度提高，自由載流子的數(shù)目也會增多，費米能級距導(dǎo)帶就會越近，所以可以更充分的吸收光子，增大轉(zhuǎn)化效率。為了避免摻雜濃度提高帶來缺陷，所以一般取在 1019cm