p-a-SiC:H降低晶体硅异质结太阳能电池寄生损失的研究.pdf
《p-a-SiC:H降低晶体硅异质结太阳能电池寄生损失的研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《p-a-SiC:H降低晶体硅异质结太阳能电池寄生损失的研究.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、D O I:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.1 0 0 3-0 9 7 2.2 0 2 4.0 2.0 0 4 文章编号:1 0 0 3-0 9 7 2(2 0 2 4)0 2-0 1 5 9-0 6p-a-S i C:H降低晶体硅异质结太阳能电池寄生损失的研究陆晓曼1,2,肖振宇1,陈传亮2,3,李彦磊1,訾 威1*,方国家2(1.信阳师范大学 建筑节能材料河南省协同创新中心,河南 信阳 4 6 4 0 0 0;2.武汉大学 物理科学与技术学院,湖北 武汉 4 3 0 0 7 2;3.湖北文理学院 物理与电子工程学院,湖北 襄阳 4 4 1 0 5 3)摘 要:使用宽带隙的p型氢
2、化非晶硅碳(p-a-S i C:H)薄膜作为晶体硅异质结(S H J)太阳能电池的窗口层,使用时域有限差分法(F D T D)模拟证明,p-a-S i C:H不仅能明显降低窗口层的短波寄生吸收损失,而且可以减少S H J太阳能电池的反射损失,从而增强S H J太阳能电池的光谱响应。实验结果也证明,使用优化的p-a-S i C:H窗口层可以提升S H J太阳能电池的短路电流(Js c)达1.4 mA/c m2,电池光电转化效率达到了2 1.8%。这主要是由于p-a-S i C:H低的寄生吸收以及使用p-a-S i C:H窗口层降低了S H J太阳能电池的反射损失所致。关键词:晶体硅异质结太阳能电
3、池;p型非晶硅碳;时域有限差分法;寄生吸收中图分类号:TM 9 1 4.4 1 文献标识码:A 开放科学(资源服务)标识码(O S I D):S t u d y o n R e d u c i n g P a r a s i t i c L o s s o f C r y s t a l l i n e S i l i c o n H e t e r o j u n c t i o n S o l a r C e l l s b y p-a-S i C:HL U X i a o m a n1,2,X I A O Z h e n y u1,C H E N C h u a n l i a n g2
4、,3,L I Y a n l e i1,Z I W e i1*,F A N G G u o j i a2(1.E n e r g y-s a v i n g B u i l d i n g M a t e r i a l s I n n o v a t i v e C o l l a b o r a t i o n C e n t e r o f H e n a n P r o v i n c e,X i n y a n g N o r m a l U n i v e r s i t y,X i n y a n g 4 6 4 0 0 0,C h i n a;2.S c h o o l o f
5、 P h y s i c s a n d T e c h n o l o g y,W u h a n U n i v e r s i t y,Wu h a n 4 3 0 0 7 2,C h i n a;3.S c h o o l o f P h y s i c s a n d E l e c t r o n i c E n g i n e e r i n g,H u b e i U n i v e r s i t y o f A r t s a n d S c i e n c e,X i a n g y a n g 4 4 1 0 5 3,C h i n a)A b s t r a c t:
6、T h e w i d e-b a n d g a p p-t y p e h y d r o g e n a t e d a m o r p h o u s s i l i c o n c a r b o n(p-a-S i C:H)f i l m w a s u s e d a s w i n d o w l a y e r o f s i l i c o n h e t e r o j u n c t i o n(S H J)s o l a r c e l l s.F i n i t e d i f f e r e n c e t i m e d o m a i n(F D T D)s
7、i m u l a t i o n r e s u l t s s h o w e d t h a t p-a-S i C:H n o t o n l y s i g n i f i c a n t l y r e d u c e d t h e s h o r t-w a v e p a r a s i t i c a b s o r p t i o n l o s s o f t h e w i n d o w l a y e r,b u t a l s o r e d u c e d t h e r e f l e c t i o n l o s s o f S H J s o l a
8、r c e l l s,t h e r e b y e n h a n c i n g t h e s p e c t r a l r e s p o n s e o f S H J s o l a r c e l l s.M e a n w h i l e,t h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e o p t i m i z e d p-a-S i C:H w i n d o w l a y e r c o u l d i n c r e a s e t h e Js c o f S H J s
9、 o l a r c e l l s t o 1.4 mA/c m2,a n d a c h i e v e d a c e l l e f f i c i e n c y o f 2 1.8%.T h i s i m p r o v e m e n t i s p r i m a r i l y a t t r i b u t e d t o t h e l o w p a r a s i t i c a b s o r p t i o n o f t h e p-a-S i C:H w i n d o w l a y e r a n d i t s a b i l i t y t o r
10、e d u c e r e f l e c t i o n l o s s e s i n S H J s o l a r c e l l s.K e y w o r d s:c r y s t a l l i n e s i l i c o n h e t e r o j u n c t i o n s o l a r c e l l;p-t y p e a m o r p h o u s s i l i c o n c a r b o n;f i n i t e d i f f e r e n c e t i m e d o m a i n m e t h o d;p a r a s i
11、t i c a b s o r p t i o n 收稿日期:2 0 2 3-1 1-1 3;修回日期:2 0 2 4-0 1-0 5;*.通信联系人,E-m a i l:4 4 6 8 1 2 1 1 3q q.c o m;z i w e i x y n u.e d u.c n 基金项目:国家自然科学基金项目(5 1 7 0 2 2 7 6);河南省自然科学基金项目(2 0 2 3 0 0 4 1 0 3 4 4);河南省高等学校重点科研项目(1 9 B 5 1 0 0 0 9);信阳师范学院“南湖学者奖励计划”青年项目(1 8 1 2 8)作者简介:陆晓曼(1 9 8 3),女,河南洛阳人
12、,工程师,硕士,主要从事新型太阳能电池及回收技术研究;訾威(1 9 8 1),男,安徽宿州人,讲师,博士,主要从事无机光伏器件及光电材料研究。引用格式:陆晓曼,肖振宇,陈传亮,等.p-a-S i C:H降低晶体硅异质结太阳能电池寄生损失的研究J.信阳师范学院学报(自然科学版),2 0 2 4,3 7(2):1 5 9-1 6 4.L U X i a o m a n,X I AO Z h e n y u,C HE N C h u a n l i a n g,e t a l.S t u d y o n r e d u c i n g p a r a s i t i c l o s s o f c
13、r y s t a l l i n e s i l i c o n h e t e r o j u n c t i o n s o l a r c e l l s b y p-a-S i C:HJ.J o u r n a l o f X i n y a n g N o r m a l U n i v e r s i t y(N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n),2 0 2 4,3 7(2):1 5 9-1 6 4.951信阳师范学院学报(自然科学版)J o u r n a l o f X i n y a n g N o r m a l U n i
14、 v e r s i t y第3 7卷 第2期 2 0 2 4年4月N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n V o l.3 7 N o.2 A p r.2 0 2 40 引言晶体硅异质结(S H J)太阳能电池采用本征非晶硅(i-a-S i C:H)层来钝化晶体硅(c-S i)表面,因其效率高、制造工艺简单以及潜在低成本而备受关注1-3。与传统的晶体硅太阳能电池的结构相比,S H J太阳能电池中的窗口层、i-a-S i C:H和氧化铟锡(I TO)以及A g电极的光寄生吸收将严重减少S H J太阳能电池的短路电流4-5。对于S H J太阳能电池的窗口
15、层来说,通常使用p型a-S i:H(p-a-S i C:H)层作为窗口层。然而,p-a-S i C:H的光学带隙仅为1.71.8 e V,并且短波(3 0 06 0 0 n m)范围内具有强的光吸收系数,即使p-a-S i C:H窗口层的厚度仅为几纳米,也会导致S H J太阳能电池在短波区域内产生强的光学寄生吸收损失6-7。因此,减少p-a-S i C:H窗口层的寄生吸收损失对于提高S H J太阳能电池的短路电流至关重要。针对此问题,当前研究的重点是开发宽带隙的窗口层材料来代替p-a-S i C:H层,例如氢化非晶氧化硅(a-S i Ox:H)8、氢 化 微 晶 硅 氧 化 物(c-S i O
16、x:H)9、n型纳晶硅碳(n-nc-S i C:H)1 0以及p型氢化非晶硅碳(p-a-S i C:H)1 1等材料已经被开发并应用到S H J太阳能电池上。Z HANG等1 1研究了以p-a-S i C:H为窗口层的S H J太阳能电池,但是其有效面积效率仅为2 0.8%,Vo c低至0.6 8 2 V。这些结果低于使用p-a-S i C:H窗口层的S H J太阳能电池性能1 2。因此,针对p-a-S i C:H窗口层更加详细及深入的研究是必要的。本文详细研究了p-a-S i C:H窗口层对S H J太阳能电池的寄生吸收及电池性能的影响。首先,利用椭偏仪测试获得了p-a-S i C:H和不同
17、碳含量的p-a-S i C:H薄膜的折射率和消光系数;其次,通过使用时域有限差分法(F D T D),模拟了不同带隙的窗口层对S H J太阳能电池中c-S i层的吸收、窗口层的寄生吸收以及电池表面反射的影响;最后,分别研究了p-a-S i C:H和不同带隙的p-a-S i C:H窗口层材料对太阳能电池性能的影响。与使用p-a-S i C:H窗口层的S H J电池相比,使用优化的p-a-S i C:H窗口层将提高S H J太阳能电池的短路电流达1.4 mA/c m2,这主要得益于p-a-S i C:H窗口层降低了电池的寄生吸收和反射损失。1 S H J太阳能电池的制备与F D T D模拟方法本实
18、验中S H J太阳能电池的结构如下:A g栅极/I TO(8 0 n m)/p-a-S i:H或p-a-S i C:H(1 0 n m)/i-a-S i C:H(5 n m)/c-S i(1 4 0 m)/i-a-S i C:H(5 n m)/n-a-S i C:H(1 0 n m)/I TO(1 2 0 n m)/A g(2 0 0 n m)。S H J太阳能电池的制备过程如下:(1)清洗制绒n型单晶硅片,硅片电阻率为13 c m;(2)利用 等 离 子 增 强 化 学 气 相 沉 积(P E C V D)(MVs y s t e m s,I n c.)沉积厚度为5 n m的i-a-S i
19、C:H层对硅片正反表面进行钝化;(3)在电池正面沉积p-a-S i C:H或p-a-S i C:H层作为窗口层,并在背面沉积n-a-S i C:H;(4)通过磁控溅射在正面和背面沉积I TO层;(5)正面蒸发A g栅极,背面在室温下溅射厚度为2 0 0 n m的A g层作为电极和背反层。S H J太阳能电池面积控制在1.0 c m2。测试条件和主要设备如下:在标准测试条件下(2 5,AM 1.5 G光谱,1 0 0 mW/c m2光强)测试S H J太阳能电池的电流密度-电压(J-V)与电池的外量子效率(E Q E)(C R OWN T E C H Q T 1 0 0 0 A D)。电池的反射
20、率通过紫外可见近红外分光光度计(P e r k i n E l m e r L a m b d a 9 5 0)测量获得。为了测量p型窗口层的电学和光学特性,膜层沉积在石英玻璃上。使用光谱椭偏仪(H o r i b a UV I S E L)测试来获取p-a-S i C:H和p-a-S i C:H膜层的厚度、折射率n和消光系数k。p-a-S i C:H薄膜的激活能Ea测试如下:采用真空蒸铝在p-a-S i C:H薄膜上制作共面电极,电极长为8 mm、宽为5 mm,两电极间距为1 mm。在暗室下两电极之间加上3 5 V的电压,测试得到电流I,然后计算出材料的暗态电导率(d)。通过测试室温到1 0
21、 0 下,材料暗态电导率随着温度T的变化,然后做l g d与1 0 0 0/T图,对应的直线斜率为材料激活能Ea。表1总结了不同窗口层的P E C V D沉积条件。3个不同的CH4流量(6、1 2、2 0 c m3/m i n)用于制备不同碳含量的窗口层,对 应 的 薄 膜 分 别 为p-a-S i C 1、p-a-S i C 2和p-a-S i C 3。使用F D T D方法(L u m e r i c a l S o l u t i o n s,I n c)进行S H J太 阳 能 电 池 光 学 模 拟。图1显 示 了F D T D模拟周期二维结构的S H J太阳能电池示意图。三角陷光单
22、元的尺寸为已有报道中最优的陷光结构1 3。图1中橙色虚线所围绕的单元为模拟单元,红色箭头为平面波,垂直入射到电池表面,入射波的振幅强度固定为1 V/m。模拟中使用的边界均为完美匹配层(PML),而垂直边界使用周期性边界条件(P B C)。061第3 7卷 第2期信阳师范学院学报(自然科学版)h t t p:/j o u r n a l.x y n u.e d u.c n2 0 2 4年4月表1 不同窗口层的沉积条件T a b.1 D e p o s i t i o n p a r a m e t e r s o f d i f f e r e n t w i n d o w l a y e r
23、 s窗口层S i H4流量/(c m-3m i n)H2流量/(c m-3m i n)B2H6(2%)流量/(c m-3 m i n)CH4流量/(c m-3m i n)功率/W压力/P a温度/oCp-a-S i:H6.51 3.03.00.06.01 9 9.9 82 0 0p-a-S i C 16.51 3.03.06.06.01 9 9.9 82 0 0p-a-S i C 26.51 3.03.01 2.06.01 9 9.9 82 0 0p-a-S i C 36.51 3.03.02 0.06.01 9 9.9 82 0 0 膜层吸收功率Aa b s由方程(1)计算获得:Aa b s
24、=12 E,2 dVd。(1)式中:是波长,()是入射光的角频率,()是介电常数的虚部,是空间坐标,E(,)是电场强度。通过计算Aa b s/Ai n获得吸收层的光学吸收度(A b s o r b a n c e),Ai n是总入射功率。图1 F D T D模拟的S H J太阳能电池结构示意图F i g.1 S c h e m a t i c d i a g r a m o f S H J s o l a r c e l l s t r u c t u r e s i m u l a t e d b y F D T D2 结果与讨论图2显示了不同窗口层材料的折射率n和消光系数k。可以发现,p-
25、a-S i C:H的n和k值是4个样品中最大的。随着CH4流量从6 s c c m增加到2 0 s c c m,在短波范围,p-a-S i C:H的k值不断降低。材料的吸收系数与其消光系数k可以根据公式()=4 k()/计算。从方程式中可以看出,在短波范围随着C H4流量的增加,p-a-S i C:H材料变得更加透明。图3显示了p-a-S i C:H和p-a-S i C:H的光学带隙(Eo p t)、暗电导率d和激活能Ea随CH4流量的变化。可以得出,p-a-S i C:H的Eo p t和Ea随着CH4流量的增加而单调增加。由吸收系数计算得到p-a-S i C:H、p-a-S i C 1、p-
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- SiC 降低 晶体 硅异质结 太阳能电池 寄生 损失 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。