高效晶硅异质结太阳电池...-赵雷-solarbe文库

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第 1页赵雷 1,2,*, 王光红 1, 刁宏伟 1, 王文静 1,2 1中国科学院太阳能热利用及光伏系统重点实验室 , 中国科学院电工研究所 , 北京 100190 2 中国科学院大学 , 北京 100049 * zhaoleimail.iee.ac.cn 高效晶硅异质结太阳电池发射极能带结构的理论优化研究第 2页 1. 引言高效晶硅异质结太阳电池基本构成 P型发射极 N型 c-Si基区采用宽带隙发射极的好处（ 1）窗口层效应，发射极寄生吸收更小，更多太阳光进入基区产生光生电流；（ 2）较大的导带失配 ΔEC对基区电子形成明显的扩散阻挡，减少电子扩散到发射极与空穴复合。（ 3）较大的价带失配 ΔEV使发射极费米能级 EF下移，增大与基区之间的费米能级差，利于提高电池开路电压。采用宽带隙发射极的缺点过大的价带失配 ΔEV对基区空穴输运穿过异质结界面到发射极中产生阻碍，降低电池填充因子。晶硅异质结太阳电池能带结构示意图此处要解决的问题对发射极的 EV 和 EF进行量化，获得可使电池实现高效率的理论优化值第 3页 2. 数值模拟太阳电池结构与参数设置数值模拟晶硅异质结太阳电池结构晶硅基区与 n非晶硅背场参数设置，假设 P型发射极内无缺陷第 4页 3. 结果分析（ 1）电池短路电流受影响不大，主要影响电池的开路电压和填充因子。（ 2）当发射极 EV高于 -5.17eV（基区硅片的 EV位置）时，电池无法获得高效率，原因是发射极 EF的位置不够低，其至多只能与 EV持平（重掺杂）。（ 3）当发射极 EV介于 -5.5到 -5.17eV之间时，电池效率在发射极 EF为 -5.17eV，即与晶硅 EV持平时均能获得高效率。即此范围内 ΔEV越大，对发射极的掺杂度要求越低。此时， ΔEV对空穴输运的阻碍效果并不明显。影响规律发射极的 EV和 EF位置对电池性能的影响第 5页 3. 结果分析（ 4）当发射极 EV低于 -5.5eV时，电池获得高效率需要发射极 EF继续下移，这意味着此时 ΔEV对空穴输运产生的阻碍开始明显，需要尽量提高发射极的掺杂浓度予以克服，即降低发射极的费米能级位置以使其功函数增加。（ 5）当发射极 EV低于 -5.72eV时，电池获得高效率就需要发射极 EF下移到价带内，即与 EV持平，这意味着发射极此时必须重掺杂，只能是透明导电电极材料才有可能。影响规律发射极的 EV和 EF位置对电池性能的影响第 6页 3. 结果分析电池获得高效率对发射极 E V和 EF位置的要求当发射极 EV在大约 -5.57eV时，电池获得高效率对发射极的掺杂度要求最小，此时允许掺杂激活能 Ea最大可达 360meV。当发射极 EV高于 -5.17eV，发射极必须重掺杂，但因 EF仍然高于晶硅基区的 EV而无法得到高效率；发射极 EV低于 -5.72eV时，也要求发射极重掺杂，但对宽带隙材料来讲很难实现。所以，发射极 EV只能在 -5.17到 -5.72之间变化，并且位置不同，对发射极费米能级位置，即功函数（费米能级离真空能级的差）的要求就不同。第 7页 3. 结果分析电池获得高效率对发射极 E V和 EF位置的要求当发射极 EV在 -5.17到 -5.5eV之间时，功函数只要达到 5.17eV即可，随着 EV在往 -5.72eV 下移，要求功函数逐渐变大，在发射极 Ev大约为 -5.57eV时，对发射极的掺杂度要求最小，但此时功函数需要增大到约 5.21eV。第 8页 4. 结论（ 1）采用异质结结构是晶硅太阳电池获得高效率的发展方向。（ 2）可用于构成异质结的备选材料很多，但需从理论上进行一定的优化选择。（ 3） p型发射极需要具备较大的功函数，并且要在 5.17至 5.72 eV之间，但不是电池获得高效率的充分条件，还需要考虑发射极的价带能级 EV的位置。（ 4）为降低制备难度，对发射极掺杂度要求越低越好，此时 p型发射极的 EV 大约在 -5.57eV，功函数只需达到 5.21eV即可。（ 5）发射极掺杂度不高的情况下，实际电池制备时需考虑电极欧姆接触问题。第 9页请大家批评指正谢谢