000(ydy)-能带不连续性对a-Sic-Si(HIT)异质结构光伏特性的影响

本文由 888ronglin 贡献pdf 文档可能在 WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。竺竺兰竺兰翌 ｔ 兰 ｔ 兰垦竺竺兰竺竺竺竺墅。 ｌ一能带不连续性对ａＳｉ／ｃＳｉ（ＨＩＴ）异质结构 光伏特性的影响①胡志华１，２廖， ．ｇ－４ｈ１＞－１宏伟。 曾湘波１ 徐艳月１ 孔光临１中国科学院半导体研究所，北京，１０００８３２云南师范大学太阳能研究所，昆明，６５００９２摘要本文报道了运用ＡＭＰＳ模拟程序对ａ ＳＩＨ，／ｃＳｊ ＨＩＴ（ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎｔｈｉｎ ｗｉｔｈａｎｉｎｔｒｉｎｓｉｃｌａｙｅｒ）异质结太阳电池数值模拟结果。研究了本征层厚度以及异质界面能带不连续性对光伏性能的影响， 并与Ｔａｎａｋａ Ｍ等的试验结果进行了比较。 为了解ａＳｉ／ｃ－Ｓｉ界面的能带补偿，我们还就固定本征层厚度的ＨＩＴ结构的光谱响应的电压和温度依赖关系进行了计算并同ＧａｌｌＳ等报道的试验结果也进行了比较。 结果表明， 只有在较小的导带补偿 （～０． １８ ｅＶ）和较大的价带补偿 （～０． ５ ｅＶ） 时， 其光伏特性和光谱响应才能同已有实验报道相符合。关键词ａＳｉ／ｃ－Ｓｉ ＨＩＴ能带不连续性教值模拟－／．ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｒｅｐｏｒｔｓ ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆａＳｉ／ｃ Ｓｉ ｈｅｔｅｒｕ］ｕｎｃｔｉｏｎ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓａｔｗｉｔｈａｎｉｎｔｒｉｎｓｉｃａＳｉ ｔｈｉｎ ｌａｙｅｒ（ＨＩＴ）ｂｙ ｕｓｉｎｇＡＭＰＳ ｍｏｄｅｌ．ｄｅｖｅｌｏｐｅｄｏｎＰｅｎｎ ＳｔａｔｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｉ－ｌａｙｅｒ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ａｎｄ ｈａｎｄ ｏｆｆｓｅｔｐｈｏｔｏｖｏｈａｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｗｅｒｅｅｔｉｍｒｅｓｌｉｇａｔｅｄ。 ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｒｅｐｏｒｔｅｄ ｂｙ Ｍ．Ｔａｎａｋａｔｏａ１．Ｉｎ ｏｒｄｅｒｕｎｄｅｒｓｔａｎｄ ｔｈｅ ｂａｎｄ ｅｄｇｅ ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕ｜ｔｉｅｓａｔａＳｉ Ｈ／ｃＳｉ ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ。 ｗｅ ａｌｓｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄａｔｈｅ ｖｏｌｔａｇｅａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒｅｓｐｏｎｓｅ（ＳＲ）ｏｆ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ ｗｉｔｈｆｉｘｅｄｔｈｉｃｋｎｅｓｓ（１００ ｎｍ）ｏｆ ｉ－ａＳｉＨ ｌａｙｅｒ，ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｒｅｐｏｒｔｅｄｂｙ Ｓ．Ｇａｌｌｅｔａ１．Ｉｔａｉｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｏｎｌｙ ｂｙ ｓｅｔｔｉｎｇａｌａｒｇｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｖａｌｅｎｃｅ ｈａｎｄ ｏｆｆｓｅｔ（～０．５ ｅＶ）ａｎｄｓｍａｌｊ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｂａｎｄ ｏｆｆｓｅｔ（～０．１８ ｅＶ）ｔｈｅ ＨＩＴ ｓｏｌａｒ ｃｅｉｌｓｕｐｃｏｕｌｄ ｒｅａｃｈ ｈｉｇｈ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓｔｏ～２３％ａｎｄ ｈａｖｅ ＳＲ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅｒｅｐｏｒｔｅｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓａ Ｓｉ／ｅＳｉ ＨＩＴｂａｎｄｅｄｇｅ ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｉｔｉｅｓｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ性主要集中在导带；而Ｍｉｍｕｒａ和Ｈａｔａｎａｋａ３报道１前言ａ的结果却是导带不连续性很小，能带不连续性主要 集中在价带。Ｓｉ／ｃ Ｓｉ ＨＩＴ异质结太阳电池同时兼有非晶为了对这～问题有进一步的了织，我们运用ＡＭｅＳＥ” 对不同能带构形和不同本征层厚度的ＨＩＴ 太阳电池的伏安特性， 以及固定本征层厚度（１００ｎｍ） 下光谱响应对电压和温度的依赖关系进行了数值模 拟计算，并将计算结果同Ｔａｎａｋａ Ｍ”１和Ｇａｌｌ 等的试验结果进行了比较。Ｓ。 “ “１硅的低温、廉价和和晶体硅的高效稳定特点，近年来 备受关注” 。－。然而，对这种异质结构的一些基础问题尚不十分清楚。 例如 关于ａ－Ｓｉ／ｃ－Ｓｉ界面的能 带补偿就有各种不同的报道【 , 。Ｃｕｎｉｏｔ和 Ｍａｒｆａｉｎｇ－４’根据溅射ａ Ｓｉ／ｅＳｉ异质结的光电子发射 测量试验得出的结论是价带基本一致，能带不连续①斟家重点基础研究发腰规划（９７３）资助项目（批准号Ｇ２００００２８２０１）７２雪计算中我们将迎光面的反射率设定为５％（４００～２结构模型图１所示为不同的能带构形， 图中还标明了模 型的一些结构参数。 掺杂非晶硅和本征非晶硅的光１１００ｎｍ波长范围） ，非晶硅和晶体硅的吸收系数取自文献［８］ 。 ３结果与讨论表１示出了计算所得三种能带构形时不同本征电参数参见文献［］ 。箜类型Ａ Ｆｉｇ．Ｉ厂ｊ］幽￡ｙ＿ｒ一风ｉＩ层厚度的ＨＩＴ太阳电池的短路电流密度（Ｊ。 ） 、填 充因子（ＦＦ） 、开路电压（Ｖ。 ）和光电转换效率（７／）等 光伏特性参数。不难看出，对于（ａ） （价带持平） ，光 伏特性近乎完美， 与本征层厚度几乎没有关系； 对于 （ｃ） （导带持平） ， 光伏特性又异乎寻常的差，填充因 子和光电转换效率随本征层厚度的减小而变差。无ｏ ６８ｅｖ，Ｐ类型Ｂ上类型Ｃ图Ｉ三种不同的能带构形ｔｈｒｅｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｅｎｅｒｇｙ ｈａｎｄ ｓｔｒｕｅｔｉｏｎ论是（ａ）还是（ｃ）都与Ｔａｎａｋａ Ｍ的实验结果不一 致，只有（ｂ） （导带补偿少许一Ｏ．１８ ｅＶ，价带补偿大部分≈０．５ ｅＶ）与实际情况比较相符。图２是（ｂ）情况下不同本征层厚度的ＪＶ曲缸３７．１ｉｍＡ］ｅｒａ２线。 我们注意到， 随着本征层厚度的减小， 短路电流 和填充因子增加得很快， 而开路电压只是约有下降。 因而当本征层厚度从１００ｎｍ减到１０ｎｍ时，光电转换效率从一６％增至≈２３％。艇嚣裂” ；２３．８０％（１０ｎｍ ｉ－ａ－Ｓｋｉ ｌ）Ｊ嘶ａ－ｓｉ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ（ｒｉｍ）鼍 ｐ ｛≤－１０／１００矿Ｊ另外从图２中我们还注意到ＪＶ曲线的ｓ形现象， 这种ｓ形ＪＶ特性在文献中也有过报道０３。 价带边的不连续性似乎是导致这种现象的主要原因。．１眈ｏ／／／／１０／４０刃／ｌｏ／。ｏ／＂／／ 菊，ｍ图３示出了本征层厚度为ｉ００ ｎｍ时， （ｂ）的图２Ｆｉｇ．２ＪＶ曲线中不同厚度的卜ａｓｉ层动（ｂ）Ｊｖｃｕｒｖｅｓ ｖｅｒｓｕｓＨＩＴ太阳电池在３００Ｋ温度下不同偏置电压时的 光谱效应曲线。 当偏置电压Ｖ一０Ｖ时，亦即短路情况下光生电流主要来源于非晶硅层的光吸收，而ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉ－ａ－Ｓｉ ｌａｙｅｒｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｆｏｒ（ｂ）叠１工竺至兰堡竺翌 兰 墨垦兰望兰竺竺竺竺墅Ｊ晶体硅对光生电流的贡献几乎可以忽略不计，这是谱响应的温度依赖情况。在短路条件下，亦即Ｖ一０Ｖ时光谱响应与温度无关， 这也从另一方面说明短 路条件下的光生电流主要来自非晶硅本征层。因为 非晶硅中的载流子是场助漂移过程，与温度关系不 十分密切。然而，在一１．０Ｖ的偏压条件下，光谱响因为晶体硅中光照产生的光生空穴难以通过由于价带不连续性所形成的空穴势垒的阻挡而被收集。 因 此， 光生电流主要是非晶硅短波光吸收的贡献，主要 集中于４００７２０ｎｍ范围；长波范围（７ｚｏ～１１００ ｎｍ）非晶硅吸收很少，因而也就没有多少光谱响应。应随温度而变化。随温度升高，长波段的光谱响应增大， 这是因为晶体硅中产生的光生空穴在通过价 带边势垒时是热发射过程， 必然与温度有关。 以上模拟计算结果同Ｔａｎａｋａ Ｍ和Ｇａｔｌ Ｓ关于ａＳｉ／ｃ－Ｓｉ ＨＩＴ结构所报道的实验结果相一致。Ｔａｎａｋａ饲＿霉船最蕊羹霉。ｊＭ在控制本征非晶硅层厚度１０ ｎｍ左右获得了高达１８％的光电转换效率，Ｇａｌｌ Ｓ通过光谱响应和其他电学测试得出了能带不连续性主要在价带 的结论。Ｔ＝３００Ｋ／尹 , Ｈ一．／．．．４结论图８３００Ｋ，太阳电池组件在不同 偏压下的光谱响应本文运用宾州大学发展的ＡＭＰＳ程序就带有本征非晶硅层的ａＳｉ／ｃ Ｓｉ ＨＩＴ结构进行了数值模ａｔＦｉｇ．３Ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｍｏｄｅｌｅｄ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ ｆｏｒ ｄｉｌｆｅｒｅｎｔ ｂｉａｓ ｖｏｌｔａｇｅｓ ３００Ｋ拟，研究了本征层厚度以及带边补偿对其光伏特性的影响。计算结果与Ｔａｎａｋａ Ｍ的实验结果相同。随着反向偏压从Ｖ＝一１． ０ Ｖ变到Ｖ一 一１． ４Ｖ， 长波 （７２０～１１００ａｍ）响应增加。这是由于 ＃ｌ－自ｎ反向电压降低了由于价带不连续性所形成的势参考文献１垒使得在晶体硅中的光生空穴（７２０～１有效收集增加的缘故。１００ｎｍ）的Ｔａｎａｋａ Ｍ，ｅｔ ａ１．Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ，Ｐｈｙｓ． ，１９９２，ｌ３５１８对比之下，在１．０ Ｖ的正向偏压时（大于开路电 压Ｖ二一０．９２７Ｖ） ，长波范围（７２０～１ １００ｎｒａ）的光生２Ｒｉｚｚｏｌｉ Ｒ，ｅｔ ａ１．Ｊ．ＮｏｎＣｒｙｓｔ．Ｓｏｌｉｄｓ ２００２，２９９３０２１２０３～１２０７３电流却即刻加大，这是因为导带不连续性所产生的势垒较低（ｏ．１８ ｅＶ） ，晶体硅中的光生电子很容易穿 过异质结区而得到收集。Ｘｕ Ｘ，Ｙａｎｇ Ｊ，Ｂａｎｅｒｊｅｅ Ａ，ａｎｄ Ｇｕｈａ Ｓ． Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ． ，１９９５，６７２３２３４Ｃｕｎｉｏｔ Ｍ ａｎｄ Ｍａｒｆａｉｎｇ Ｙ．Ｐｈｉｌｏｓ．Ｍａｇ． ，１９８８，Ｂ ５７２９１５ＭｉｍｕｒａＨ，ＨａｔａｎａｋａＹ。Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ． ，１９８７，５０３２６６Ａｒｃｈ Ｊ Ｋ．ｅｔ ａ１．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ． ，１９９１，６９７０５７７胡志华等．太阳能学报．特刊，２００３。９～１３８Ｍｅｉｅｒ Ｊ，Ｄｕｈａｉｌ Ｓ Ｃｕｐｅｒｕｓ Ｊ，ｅｔ ａ１．Ｊ．Ｎｏｎ－Ｃｒｙｓｔａｌ．Ｓｏｌｉｄｓ，１９９８，２２７－２３０１２５０９ＦｏｎｔｏｎｉＡ ３１ ４～３ｌ ７ｅｔａ１．ＴｈｉｎＳｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ，２００１，３８３图４偏压为０和～１．０Ｖ，不同温度下的太阳电池 组件光谱响应Ｆｉｇ．４ Ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｍｏｄｅｌｅｄ ｓｏｌａｒｃｅｌｌ ｆｏｒ１０Ｇａｌｌ Ｓ，ｅｔ ａｌ，ＭＲＳ Ｓｙｒｎｐ．Ｐｒｏｃ． ，ｔ９９６，４２０２４Ｓｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｔ ｕｎｄｅｒ ０ ａｎｄ一１． ０ Ｖ ｂｉａｓ ｖｏｌｔａｇｅｓ１１Ｇａｌｌ Ｓ，ｅｔ ａ１．Ｓ０１．Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｔｅｒ．Ｓ０１．Ｃｅｌｌｓ，１９９７，４９１Ｓ７图４所示为ＨＩＴ太阳电池不同偏压条件下光五‘） ． ）1 本文由 888ronglin 贡献pdf 文档可能在 WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。竺竺兰竺兰翌 ｔ 兰 ｔ 兰垦竺竺兰竺竺竺竺墅。 ｌ一能带不连续性对ａＳｉ／ｃＳｉ（ＨＩＴ）异质结构 光伏特性的影响①胡志华１，２廖， ．ｇ－４ｈ１＞－１宏伟。 曾湘波１ 徐艳月１ 孔光临１中国科学院半导体研究所，北京，１０００８３２云南师范大学太阳能研究所，昆明，６５００９２摘要本文报道了运用ＡＭＰＳ模拟程序对ａ ＳＩＨ，／ｃＳｊ ＨＩＴ（ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎｔｈｉｎ ｗｉｔｈａｎｉｎｔｒｉｎｓｉｃｌａｙｅｒ）异质结太阳电池数值模拟结果。研究了本征层厚度以及异质界面能带不连续性对光伏性能的影响， 并与Ｔａｎａｋａ Ｍ等的试验结果进行了比较。 为了解ａＳｉ／ｃ－Ｓｉ界面的能带补偿，我们还就固定本征层厚度的ＨＩＴ结构的光谱响应的电压和温度依赖关系进行了计算并同ＧａｌｌＳ等报道的试验结果也进行了比较。 结果表明， 只有在较小的导带补偿 （～０． １８ ｅＶ）和较大的价带补偿 （～０． ５ ｅＶ） 时， 其光伏特性和光谱响应才能同已有实验报道相符合。关键词ａＳｉ／ｃ－Ｓｉ ＨＩＴ能带不连续性教值模拟－／．ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｒｅｐｏｒｔｓ ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆａＳｉ／ｃ Ｓｉ ｈｅｔｅｒｕ］ｕｎｃｔｉｏｎ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓａｔｗｉｔｈａｎｉｎｔｒｉｎｓｉｃａＳｉ ｔｈｉｎ ｌａｙｅｒ（ＨＩＴ）ｂｙ ｕｓｉｎｇＡＭＰＳ ｍｏｄｅｌ．ｄｅｖｅｌｏｐｅｄｏｎＰｅｎｎ ＳｔａｔｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｉ－ｌａｙｅｒ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ａｎｄ ｈａｎｄ ｏｆｆｓｅｔｐｈｏｔｏｖｏｈａｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｗｅｒｅｅｔｉｍｒｅｓｌｉｇａｔｅｄ。 ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｒｅｐｏｒｔｅｄ ｂｙ Ｍ．Ｔａｎａｋａｔｏａ１．Ｉｎ ｏｒｄｅｒｕｎｄｅｒｓｔａｎｄ ｔｈｅ ｂａｎｄ ｅｄｇｅ ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕ｜ｔｉｅｓａｔａＳｉ Ｈ／ｃＳｉ ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ。 ｗｅ ａｌｓｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄａｔｈｅ ｖｏｌｔａｇｅａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒｅｓｐｏｎｓｅ（ＳＲ）ｏｆ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ ｗｉｔｈｆｉｘｅｄｔｈｉｃｋｎｅｓｓ（１００ ｎｍ）ｏｆ ｉ－ａＳｉＨ ｌａｙｅｒ，ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｒｅｐｏｒｔｅｄｂｙ Ｓ．Ｇａｌｌｅｔａ１．Ｉｔａｉｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｏｎｌｙ ｂｙ ｓｅｔｔｉｎｇａｌａｒｇｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｖａｌｅｎｃｅ ｈａｎｄ ｏｆｆｓｅｔ（～０．５ ｅＶ）ａｎｄｓｍａｌｊ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｂａｎｄ ｏｆｆｓｅｔ（～０．１８ ｅＶ）ｔｈｅ ＨＩＴ ｓｏｌａｒ ｃｅｉｌｓｕｐｃｏｕｌｄ ｒｅａｃｈ ｈｉｇｈ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓｔｏ～２３％ａｎｄ ｈａｖｅ ＳＲ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅｒｅｐｏｒｔｅｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓａ Ｓｉ／ｅＳｉ ＨＩＴｂａｎｄｅｄｇｅ ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｉｔｉｅｓｎｕｍｅｒｉｃａｌ 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因而当本征层厚度从１００ｎｍ减到１０ｎｍ时，光电转换效率从一６％增至≈２３％。艇嚣裂” ；２３．８０％（１０ｎｍ ｉ－ａ－Ｓｋｉ ｌ）Ｊ嘶ａ－ｓｉ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ（ｒｉｍ）鼍 ｐ ｛≤－１０／１００矿Ｊ另外从图２中我们还注意到ＪＶ曲线的ｓ形现象， 这种ｓ形ＪＶ特性在文献中也有过报道０３。 价带边的不连续性似乎是导致这种现象的主要原因。．１眈ｏ／／／／１０／４０刃／ｌｏ／。ｏ／＂／／ 菊，ｍ图３示出了本征层厚度为ｉ００ ｎｍ时， （ｂ）的图２Ｆｉｇ．２ＪＶ曲线中不同厚度的卜ａｓｉ层动（ｂ）Ｊｖｃｕｒｖｅｓ ｖｅｒｓｕｓＨＩＴ太阳电池在３００Ｋ温度下不同偏置电压时的 光谱效应曲线。 当偏置电压Ｖ一０Ｖ时，亦即短路情况下光生电流主要来源于非晶硅层的光吸收，而ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉ－ａ－Ｓｉ ｌａｙｅｒｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｆｏｒ（ｂ）叠１工竺至兰堡竺翌 兰 墨垦兰望兰竺竺竺竺墅Ｊ晶体硅对光生电流的贡献几乎可以忽略不计，这是谱响应的温度依赖情况。在短路条件下，亦即Ｖ一０Ｖ时光谱响应与温度无关， 这也从另一方面说明短 路条件下的光生电流主要来自非晶硅本征层。因为 非晶硅中的载流子是场助漂移过程，与温度关系不 十分密切。然而，在一１．０Ｖ的偏压条件下，光谱响因为晶体硅中光照产生的光生空穴难以通过由于价带不连续性所形成的空穴势垒的阻挡而被收集。 因 此， 光生电流主要是非晶硅短波光吸收的贡献，主要 集中于４００７２０ｎｍ范围；长波范围（７ｚｏ～１１００ ｎｍ）非晶硅吸收很少，因而也就没有多少光谱响应。应随温度而变化。随温度升高，长波段的光谱响应增大， 这是因为晶体硅中产生的光生空穴在通过价 带边势垒时是热发射过程， 必然与温度有关。 以上模拟计算结果同Ｔａｎａｋａ Ｍ和Ｇａｔｌ Ｓ关于ａＳｉ／ｃ－Ｓｉ ＨＩＴ结构所报道的实验结果相一致。Ｔａｎａｋａ饲＿霉船最蕊羹霉。ｊＭ在控制本征非晶硅层厚度１０ ｎｍ左右获得了高达１８％的光电转换效率，Ｇａｌｌ Ｓ通过光谱响应和其他电学测试得出了能带不连续性主要在价带 的结论。Ｔ＝３００Ｋ／尹 , Ｈ一．／．．．４结论图８３００Ｋ，太阳电池组件在不同 偏压下的光谱响应本文运用宾州大学发展的ＡＭＰＳ程序就带有本征非晶硅层的ａＳｉ／ｃ Ｓｉ ＨＩＴ结构进行了数值模ａｔＦｉｇ．３Ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｍｏｄｅｌｅｄ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ ｆｏｒ ｄｉｌｆｅｒｅｎｔ ｂｉａｓ ｖｏｌｔａｇｅｓ ３００Ｋ拟，研究了本征层厚度以及带边补偿对其光伏特性的影响。计算结果与Ｔａｎａｋａ Ｍ的实验结果相同。随着反向偏压从Ｖ＝一１． ０ Ｖ变到Ｖ一 一１． ４Ｖ， 长波 （７２０～１１００ａｍ）响应增加。这是由于 ＃ｌ－自ｎ反向电压降低了由于价带不连续性所形成的势参考文献１垒使得在晶体硅中的光生空穴（７２０～１有效收集增加的缘故。１００ｎｍ）的Ｔａｎａｋａ Ｍ，ｅｔ ａ１．Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ，Ｐｈｙｓ． ，１９９２，ｌ３５１８对比之下，在１．０ Ｖ的正向偏压时（大于开路电 压Ｖ二一０．９２７Ｖ） ，长波范围（７２０～１ １００ｎｒａ）的光生２Ｒｉｚｚｏｌｉ Ｒ，ｅｔ ａ１．Ｊ．ＮｏｎＣｒｙｓｔ．Ｓｏｌｉｄｓ ２００２，２９９３０２１２０３～１２０７３电流却即刻加大，这是因为导带不连续性所产生的势垒较低（ｏ．１８ ｅＶ） ，晶体硅中的光生电子很容易穿 过异质结区而得到收集。Ｘｕ Ｘ，Ｙａｎｇ Ｊ，Ｂａｎｅｒｊｅｅ Ａ，ａｎｄ Ｇｕｈａ Ｓ． Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ． ，１９９５，６７２３２３４Ｃｕｎｉｏｔ Ｍ ａｎｄ Ｍａｒｆａｉｎｇ Ｙ．Ｐｈｉｌｏｓ．Ｍａｇ． ，１９８８，Ｂ ５７２９１５ＭｉｍｕｒａＨ，ＨａｔａｎａｋａＹ。Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ． ，１９８７，５０３２６６Ａｒｃｈ Ｊ Ｋ．ｅｔ ａ１．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ． ，１９９１，６９７０５７７胡志华等．太阳能学报．特刊，２００３。９～１３８Ｍｅｉｅｒ Ｊ，Ｄｕｈａｉｌ Ｓ Ｃｕｐｅｒｕｓ Ｊ，ｅｔ ａ１．Ｊ．Ｎｏｎ－Ｃｒｙｓｔａｌ．Ｓｏｌｉｄｓ，１９９８，２２７－２３０１２５０９ＦｏｎｔｏｎｉＡ ３１ ４～３ｌ ７ｅｔａ１．ＴｈｉｎＳｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ，２００１，３８３图４偏压为０和～１．０Ｖ，不同温度下的太阳电池 组件光谱响应Ｆｉｇ．４ Ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｍｏｄｅｌｅｄ ｓｏｌａｒｃｅｌｌ ｆｏｒ１０Ｇａｌｌ Ｓ，ｅｔ ａｌ，ＭＲＳ Ｓｙｒｎｐ．Ｐｒｏｃ． ，ｔ９９６，４２０２４Ｓｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｔ ｕｎｄｅｒ ０ ａｎｄ一１． ０ Ｖ ｂｉａｓ ｖｏｌｔａｇｅｓ１１Ｇａｌｌ Ｓ，ｅｔ ａ１．Ｓ０１．Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｔｅｒ．Ｓ０１．Ｃｅｌｌｓ，１９９７，４９１Ｓ７图４所示为ＨＩＴ太阳电池不同偏压条件下光五‘） ． ）1 本文由 888ronglin 贡献pdf 文档可能在 WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。竺竺兰竺兰翌 ｔ 兰 ｔ 兰垦竺竺兰竺竺竺竺墅。 ｌ一能带不连续性对ａＳｉ／ｃＳｉ（ＨＩＴ）异质结构 光伏特性的影响①胡志华１，２廖， ．ｇ－４ｈ１＞－１宏伟。 曾湘波１ 徐艳月１ 孔光临１中国科学院半导体研究所，北京，１０００８３２云南师范大学太阳能研究所，昆明，６５００９２摘要本文报道了运用ＡＭＰＳ模拟程序对ａ ＳＩＨ，／ｃＳｊ ＨＩＴ（ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎｔｈｉｎ ｗｉｔｈａｎｉｎｔｒｉｎｓｉｃｌａｙｅｒ）异质结太阳电池数值模拟结果。研究了本征层厚度以及异质界面能带不连续性对光伏性能的影响， 并与Ｔａｎａｋａ Ｍ等的试验结果进行了比较。 为了解ａＳｉ／ｃ－Ｓｉ界面的能带补偿，我们还就固定本征层厚度的ＨＩＴ结构的光谱响应的电压和温度依赖关系进行了计算并同ＧａｌｌＳ等报道的试验结果也进行了比较。 结果表明， 只有在较小的导带补偿 （～０． １８ ｅＶ）和较大的价带补偿 （～０． ５ ｅＶ） 时， 其光伏特性和光谱响应才能同已有实验报道相符合。关键词ａＳｉ／ｃ－Ｓｉ ＨＩＴ能带不连续性教值模拟－／．ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｒｅｐｏｒｔｓ ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆａＳｉ／ｃ Ｓｉ ｈｅｔｅｒｕ］ｕｎｃｔｉｏｎ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓａｔｗｉｔｈａｎｉｎｔｒｉｎｓｉｃａＳｉ ｔｈｉｎ ｌａｙｅｒ（ＨＩＴ）ｂｙ ｕｓｉｎｇＡＭＰＳ ｍｏｄｅｌ．ｄｅｖｅｌｏｐｅｄｏｎＰｅｎｎ ＳｔａｔｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｉ－ｌａｙｅｒ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ａｎｄ ｈａｎｄ ｏｆｆｓｅｔｐｈｏｔｏｖｏｈａｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｗｅｒｅｅｔｉｍｒｅｓｌｉｇａｔｅｄ。 ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｒｅｐｏｒｔｅｄ ｂｙ Ｍ．Ｔａｎａｋａｔｏａ１．Ｉｎ ｏｒｄｅｒｕｎｄｅｒｓｔａｎｄ ｔｈｅ ｂａｎｄ ｅｄｇｅ ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕ｜ｔｉｅｓａｔａＳｉ Ｈ／ｃＳｉ ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ。 ｗｅ ａｌｓｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄａｔｈｅ ｖｏｌｔａｇｅａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒｅｓｐｏｎｓｅ（ＳＲ）ｏｆ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ ｗｉｔｈｆｉｘｅｄｔｈｉｃｋｎｅｓｓ（１００ ｎｍ）ｏｆ ｉ－ａＳｉＨ ｌａｙｅｒ，ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｒｅｐｏｒｔｅｄｂｙ Ｓ．Ｇａｌｌｅｔａ１．Ｉｔａｉｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｏｎｌｙ ｂｙ ｓｅｔｔｉｎｇａｌａｒｇｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｖａｌｅｎｃｅ ｈａｎｄ ｏｆｆｓｅｔ（～０．５ ｅＶ）ａｎｄｓｍａｌｊ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｂａｎｄ ｏｆｆｓｅｔ（～０．１８ ｅＶ）ｔｈｅ ＨＩＴ ｓｏｌａｒ ｃｅｉｌｓｕｐｃｏｕｌｄ ｒｅａｃｈ ｈｉｇｈ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓｔｏ～２３％ａｎｄ ｈａｖｅ ＳＲ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅｒｅｐｏｒｔｅｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓａ Ｓｉ／ｅＳｉ ＨＩＴｂａｎｄｅｄｇｅ ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｉｔｉｅｓｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ性主要集中在导带；而Ｍｉｍｕｒａ和Ｈａｔａｎａｋａ３报道１前言ａ的结果却是导带不连续性很小，能带不连续性主要 集中在价带。Ｓｉ／ｃ Ｓｉ ＨＩＴ异质结太阳电池同时兼有非晶为了对这～问题有进一步的了织，我们运用ＡＭｅＳＥ” 对不同能带构形和不同本征层厚度的ＨＩＴ 太阳电池的伏安特性， 以及固定本征层厚度（１００ｎｍ） 下光谱响应对电压和温度的依赖关系进行了数值模 拟计算，并将计算结果同Ｔａｎａｋａ Ｍ”１和Ｇａｌｌ 等的试验结果进行了比较。Ｓ。 “ “１硅的低温、廉价和和晶体硅的高效稳定特点，近年来 备受关注” 。－。然而，对这种异质结构的一些基础问题尚不十分清楚。 例如 关于ａ－Ｓｉ／ｃ－Ｓｉ界面的能 带补偿就有各种不同的报道【 , 。Ｃｕｎｉｏｔ和 Ｍａｒｆａｉｎｇ－４’根据溅射ａ Ｓｉ／ｅＳｉ异质结的光电子发射 测量试验得出的结论是价带基本一致，能带不连续①斟家重点基础研究发腰规划（９７３）资助项目（批准号Ｇ２００００２８２０１）７２雪计算中我们将迎光面的反射率设定为５％（４００～２结构模型图１所示为不同的能带构形， 图中还标明了模 型的一些结构参数。 掺杂非晶硅和本征非晶硅的光１１００ｎｍ波长范围） ，非晶硅和晶体硅的吸收系数取自文献［８］ 。 ３结果与讨论表１示出了计算所得三种能带构形时不同本征电参数参见文献［］ 。箜类型Ａ Ｆｉｇ．Ｉ厂ｊ］幽￡ｙ＿ｒ一风ｉＩ层厚度的ＨＩＴ太阳电池的短路电流密度（Ｊ。 ） 、填 充因子（ＦＦ） 、开路电压（Ｖ。 ）和光电转换效率（７／）等 光伏特性参数。不难看出，对于（ａ） （价带持平） ，光 伏特性近乎完美， 与本征层厚度几乎没有关系； 对于 （ｃ） （导带持平） ， 光伏特性又异乎寻常的差，填充因 子和光电转换效率随本征层厚度的减小而变差。无ｏ ６８ｅｖ，Ｐ类型Ｂ上类型Ｃ图Ｉ三种不同的能带构形ｔｈｒｅｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｅｎｅｒｇｙ ｈａｎｄ ｓｔｒｕｅｔｉｏｎ论是（ａ）还是（ｃ）都与Ｔａｎａｋａ Ｍ的实验结果不一 致，只有（ｂ） （导带补偿少许一Ｏ．１８ ｅＶ，价带补偿大部分≈０．５ ｅＶ）与实际情况比较相符。图２是（ｂ）情况下不同本征层厚度的ＪＶ曲缸３７．１ｉｍＡ］ｅｒａ２线。 我们注意到， 随着本征层厚度的减小， 短路电流 和填充因子增加得很快， 而开路电压只是约有下降。 因而当本征层厚度从１００ｎｍ减到１０ｎｍ时，光电转换效率从一６％增至≈２３％。艇嚣裂” ；２３．８０％（１０ｎｍ ｉ－ａ－Ｓｋｉ ｌ）Ｊ嘶ａ－ｓｉ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ（ｒｉｍ）鼍 ｐ ｛≤－１０／１００矿Ｊ另外从图２中我们还注意到ＪＶ曲线的ｓ形现象， 这种ｓ形ＪＶ特性在文献中也有过报道０３。 价带边的不连续性似乎是导致这种现象的主要原因。．１眈ｏ／／／／１０／４０刃／ｌｏ／。ｏ／＂／／ 菊，ｍ图３示出了本征层厚度为ｉ００ ｎｍ时， （ｂ）的图２Ｆｉｇ．２ＪＶ曲线中不同厚度的卜ａｓｉ层动（ｂ）Ｊｖｃｕｒｖｅｓ ｖｅｒｓｕｓＨＩＴ太阳电池在３００Ｋ温度下不同偏置电压时的 光谱效应曲线。 当偏置电压Ｖ一０Ｖ时，亦即短路情况下光生电流主要来源于非晶硅层的光吸收，而ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉ－ａ－Ｓｉ ｌａｙｅｒｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｆｏｒ（ｂ）叠１工竺至兰堡竺翌 兰 墨垦兰望兰竺竺竺竺墅Ｊ晶体硅对光生电流的贡献几乎可以忽略不计，这是谱响应的温度依赖情况。在短路条件下，亦即Ｖ一０Ｖ时光谱响应与温度无关， 这也从另一方面说明短 路条件下的光生电流主要来自非晶硅本征层。因为 非晶硅中的载流子是场助漂移过程，与温度关系不 十分密切。然而，在一１．０Ｖ的偏压条件下，光谱响因为晶体硅中光照产生的光生空穴难以通过由于价带不连续性所形成的空穴势垒的阻挡而被收集。 因 此， 光生电流主要是非晶硅短波光吸收的贡献，主要 集中于４００７２０ｎｍ范围；长波范围（７ｚｏ～１１００ ｎｍ）非晶硅吸收很少，因而也就没有多少光谱响应。应随温度而变化。随温度升高，长波段的光谱响应增大， 这是因为晶体硅中产生的光生空穴在通过价 带边势垒时是热发射过程， 必然与温度有关。 以上模拟计算结果同Ｔａｎａｋａ Ｍ和Ｇａｔｌ Ｓ关于ａＳｉ／ｃ－Ｓｉ ＨＩＴ结构所报道的实验结果相一致。Ｔａｎａｋａ饲＿霉船最蕊羹霉。ｊＭ在控制本征非晶硅层厚度１０ ｎｍ左右获得了高达１８％的光电转换效率，Ｇａｌｌ Ｓ通过光谱响应和其他电学测试得出了能带不连续性主要在价带 的结论。Ｔ＝３００Ｋ／尹 , Ｈ一．／．．．４结论图８３００Ｋ，太阳电池组件在不同 偏压下的光谱响应本文运用宾州大学发展的ＡＭＰＳ程序就带有本征非晶硅层的ａＳｉ／ｃ Ｓｉ ＨＩＴ结构进行了数值模ａｔＦｉｇ．３Ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｍｏｄｅｌｅｄ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ ｆｏｒ ｄｉｌｆｅｒｅｎｔ ｂｉａｓ ｖｏｌｔａｇｅｓ ３００Ｋ拟，研究了本征层厚度以及带边补偿对其光伏特性的影响。计算结果与Ｔａｎａｋａ Ｍ的实验结果相同。随着反向偏压从Ｖ＝一１． ０ Ｖ变到Ｖ一 一１． ４Ｖ， 长波 （７２０～１１００ａｍ）响应增加。这是由于 ＃ｌ－自ｎ反向电压降低了由于价带不连续性所形成的势参考文献１垒使得在晶体硅中的光生空穴（７２０～１有效收集增加的缘故。１００ｎｍ）的Ｔａｎａｋａ Ｍ，ｅｔ ａ１．Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ，Ｐｈｙｓ． ，１９９２，ｌ３５１８对比之下，在１．０ Ｖ的正向偏压时（大于开路电 压Ｖ二一０．９２７Ｖ） ，长波范围（７２０～１ １００ｎｒａ）的光生２Ｒｉｚｚｏｌｉ Ｒ，ｅｔ ａ１．Ｊ．ＮｏｎＣｒｙｓｔ．Ｓｏｌｉｄｓ ２００２，２９９３０２１２０３～１２０７３电流却即刻加大，这是因为导带不连续性所产生的势垒较低（ｏ．１８ ｅＶ） ，晶体硅中的光生电子很容易穿 过异质结区而得到收集。Ｘｕ Ｘ，Ｙａｎｇ Ｊ，Ｂａｎｅｒｊｅｅ Ａ，ａｎｄ Ｇｕｈａ Ｓ． Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ． ，１９９５，６７２３２３４Ｃｕｎｉｏｔ Ｍ ａｎｄ Ｍａｒｆａｉｎｇ Ｙ．Ｐｈｉｌｏｓ．Ｍａｇ． ，１９８８，Ｂ ５７２９１５ＭｉｍｕｒａＨ，ＨａｔａｎａｋａＹ。Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ． ，１９８７，５０３２６６Ａｒｃｈ Ｊ Ｋ．ｅｔ ａ１．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ． ，１９９１，６９７０５７７胡志华等．太阳能学报．特刊，２００３。９～１３８Ｍｅｉｅｒ Ｊ，Ｄｕｈａｉｌ Ｓ Ｃｕｐｅｒｕｓ Ｊ，ｅｔ ａ１．Ｊ．Ｎｏｎ－Ｃｒｙｓｔａｌ．Ｓｏｌｉｄｓ，１９９８，２２７－２３０１２５０９ＦｏｎｔｏｎｉＡ ３１ ４～３ｌ ７ｅｔａ１．ＴｈｉｎＳｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ，２００１，３８３图４偏压为０和～１．０Ｖ，不同温度下的太阳电池 组件光谱响应Ｆｉｇ．４ Ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｍｏｄｅｌｅｄ ｓｏｌａｒｃｅｌｌ ｆｏｒ１０Ｇａｌｌ Ｓ，ｅｔ ａｌ，ＭＲＳ Ｓｙｒｎｐ．Ｐｒｏｃ． ，ｔ９９６，４２０２４Ｓｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｔ ｕｎｄｅｒ ０ ａｎｄ一１． ０ Ｖ ｂｉａｓ ｖｏｌｔａｇｅｓ１１Ｇａｌｌ Ｓ，ｅｔ ａ１．Ｓ０１．Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｔｅｒ．Ｓ０１．Ｃｅｌｌｓ，１９９７，４９１Ｓ７图４所示为ＨＩＴ太阳电池不同偏压条件下光五‘） ． ）1