謝翔用于上傳的定稿2

1、貴州師范學(xué)院畢業(yè)論文學(xué)科分類號140.50 本 科 畢 業(yè) 論 文 題 目 硅基異質(zhì)結(jié)太陽能電池光電特性研究 姓 名 謝翔 學(xué) 號 1207030540056 院 (系) 物理與電子科學(xué)學(xué)院 專 業(yè) 電子信息科學(xué)與技術(shù) 年 級 2012級 指導(dǎo)教師 陳德良 職 稱 副教授 二一六年五月貴州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文誠信聲明本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)論文，是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨立進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明

2、的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 本科畢業(yè)論文作者簽名： 年 月 日目 錄摘 要1Abstract21 前言31.1 概論31.2 全球的太陽能發(fā)展現(xiàn)狀31.3 國內(nèi)太陽能發(fā)展現(xiàn)狀42 太陽電池的工作原理42.1 太陽能電池的介紹42.2 P-N結(jié)42.3 太陽能的重要參數(shù)52.3.1 開路電壓Voc52.3.2 短路電流ISC52.3.3 輸出功率62.3.4 填充因子62.3.5 轉(zhuǎn)換效率62.4 影響電池效率的因素及改進方法73 異質(zhì)結(jié)83.1 異質(zhì)結(jié)的發(fā)展83.2 異質(zhì)結(jié)的特點84 太陽能電池84.1 高效硅基太陽能電池84.2 硅基異質(zhì)結(jié)的發(fā)展95 硅基異質(zhì)結(jié)太陽電池的研究95.1 硅基異質(zhì)結(jié)

3、太陽電池的發(fā)展95.2 硅基異質(zhì)結(jié)太陽電池的研究105.2.1 HIT電池115.2.2 納米結(jié)構(gòu)用在硅基異質(zhì)結(jié)電池中125.2.3 硅基同質(zhì)異質(zhì)結(jié)太陽電池135.3 SILVACO TCAD軟件14II結(jié)語15參考文獻16致 謝181摘 要在當(dāng)今能源匱乏的情況下，人們對太陽能的利用顯得尤為的重要。隨著研究太陽能電池地不斷進步影響著人們在未來各方面的進步，世界上大多數(shù)國家都對太陽能的研究和使用充滿熱情。我們認識的首代單晶與多晶硅電池雖然制地技術(shù)不錯，但是其消耗的原料多，制作的價格高，光電轉(zhuǎn)換的效率又不理想。二代的薄膜電池價格是降低了，但是不夠穩(wěn)定，在這兩代電池的基礎(chǔ)上，通過無數(shù)研發(fā)人員多年的努

4、力，隨著天陽能電池制作工藝不斷地進步，人們將異質(zhì)結(jié)應(yīng)用到了太陽能電池中，從而打開了第三代發(fā)展方向的大門。本文通過理解太陽能電池的工作原理，從中發(fā)現(xiàn)影響太陽能電池效率的因素，然后介紹將納米結(jié)構(gòu)用在硅基異質(zhì)結(jié)電池中和將同質(zhì)結(jié)用到硅基異質(zhì)結(jié)電池中優(yōu)點，并介紹Silvaco TCAD這款仿真軟件，最后對硅基異質(zhì)結(jié)太陽能電池做出發(fā)展方向的預(yù)測。硅基異質(zhì)結(jié)太陽能是太陽能發(fā)展的前沿，隨著研究的進步，其更高效率的研究成為科研人員追求的目標。關(guān)鍵詞：異質(zhì)結(jié)；太陽能電池；光生伏特效應(yīng)AbstractIn todays energy shortage situation, the use of solar ener

5、gy is particularly important. With the progress of research on solar cells, the progress of people in all aspects of the future, most countries in the world are full of enthusiasm for the study and use of solar energy. We know that the first generation of single crystal and polycrystalline silicon c

6、ell technology is good, but it consumes more raw materials, the production of high prices, the efficiency of photoelectric conversion is not ideal. Second-generation thin-film battery price is lower, but is not stable enough, in these two generations of battery based, through numerous R & D staff ye

7、ars of effort, with solar battery production process of continuous progress, people will heterojunction applied to solar cells, thus opened the door of the third generation of development direction.This paper, through understanding the working principle of solar cells, from found factors to affect t

8、he efficiency of solar cells, and then the nano structure is used in silicon heterojunction solar cells and the homojunction use advantages of silicon heterojunction solar cells, and introduces the SILVACO TCAD this simulation software and finally of silicon based hetero junction solar cells make a

9、prediction of the development direction. Silicon based heterojunction solar energy is the forefront of the development of solar energy, with the progress of research, its more efficient research has become the pursuit of the goal of researchers.Keywords: heterojunction; solar cell; photovoltaic effe

10、ct1 前言1.1 概論我們現(xiàn)在無時無刻不在使用電子產(chǎn)品，在交通工具泛濫的今天，電、石油和天然氣已經(jīng)成為我們生活中不可缺少的一部分，在有些地方使用的電主要還是用煤來發(fā)電的1。我們?nèi)紵膫鹘y(tǒng)能源煤、石油和天然氣等物質(zhì)所帶來的有污染的物質(zhì)和溫室氣體對我們賴以生存的環(huán)境產(chǎn)生著巨大影響，所造成的環(huán)境污染在不斷地威脅著人類的基本生存。并且這些能源都是有限資源，它們正在不斷地走向枯竭。在使用過程中都會或多或少的產(chǎn)生一些不宜物質(zhì)。隨著近年來全球溫度越來越高，人們開始意識到環(huán)境的重要性，為了還能看到未來，我們不得不重視環(huán)境。這不是一個國家能做到的，需要全球一起共同努力，我們需要保護我們賴以生存的大自然。而我們

11、生活中無時無刻不在破壞環(huán)境，所以人類迫切的需要尋找新的潔凈的對環(huán)境和人類的健康無害的可持續(xù)發(fā)展的能源，必須減少對煤、石油等能源的依賴2。車和電已經(jīng)讓人們無法離開，這是人類的發(fā)展所需，既然我們離不開，那么我們就只能改進它。自從第一次石油危機和日本的福島核事故的出現(xiàn)警醒著我們既要開發(fā)新的可持續(xù)發(fā)展能源，同時又要注意新能源的安全問題。太陽能已經(jīng)照耀我們地球無數(shù)個紀元，但是它依然如舊，我們離它那么遠，依然能收到如此高的能量，并且它對我們的身體健康是有益的。由此可見太陽能轉(zhuǎn)換成為電能是全球保護環(huán)境并且實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的一個重要方向。對太陽能電池的研究要求：一是追求盡可能高的光電轉(zhuǎn)換效率，從而降低產(chǎn)生相同電

12、力時所需昂貴半導(dǎo)體材料。二是選擇其他新的材料和精致的制作工藝減少電池制作的成本。面對能源危機我們不能逃避，所以我們必須不斷對太陽能進行研究并使之普及。1.2 全球的太陽能發(fā)展現(xiàn)狀2015年，全球的光伏市場都強勁地增長著，新增裝機容量預(yù)計將超過50GW，日、美、歐在新增裝機容量上最靠前，占作為第一的我國的一半左右，其他新的市場也不斷增加。照這樣發(fā)展下去，14年左右太陽能發(fā)電將有望占據(jù)全球發(fā)電總量的十分之一。1.3 國內(nèi)太陽能發(fā)展現(xiàn)狀近九個月我國就對與光伏有關(guān)的行業(yè)增加了超過三分之一的資助，在財力物力的支持下，我國的自主研究發(fā)展取得了可觀的成就，單晶硅、多晶硅、銅銦鎵硒、砷化鎵等的發(fā)電技術(shù)在國際上

13、都處于領(lǐng)先的地位，甚至有些已經(jīng)打破了世界紀錄。隨著技術(shù)的進步，我國的發(fā)電成本不斷降低。2 太陽電池的工作原理2.1 太陽能電池的介紹當(dāng)光照在p-n結(jié)上且能量大于它的禁帶寬度時，會在p-n結(jié)附近產(chǎn)生電子-空穴對。在內(nèi)建電場的作用下，使得產(chǎn)生的非平衡載流子將向空間電荷區(qū)兩端漂移，從而產(chǎn)生光生電勢，打破了原來的平衡3。如果將p-n結(jié)和外電路相連，就會在電路中出現(xiàn)電流，這種現(xiàn)象就叫光生伏特效應(yīng)45。而能將光能轉(zhuǎn)換為電能的產(chǎn)品就是太陽能電池。2.2 P-N結(jié)在一塊n型（或者p型）半導(dǎo)體晶體上，用適當(dāng)?shù)墓に嚪椒ò裵型（或者n型）雜質(zhì)摻入其中，讓此晶體的不同位置分別顯示n型和p型的導(dǎo)電類型，其交界面處就叫P

14、-N結(jié)6。唯一的n或p型半導(dǎo)體是不顯電性的，但在兩塊半導(dǎo)體形成P-N結(jié)的過程中，由于p區(qū)內(nèi)空穴占多數(shù)，電子占極少數(shù)；而n區(qū)內(nèi)則電子占多數(shù)，空穴占極少數(shù)，在交界面的兩側(cè)出現(xiàn)電子和空穴濃度不一樣，從而使得了空穴從p區(qū)到n區(qū)，電子從n區(qū)運動到p區(qū)，即擴散運動，如圖2.1所示。由于擴散運動，在P區(qū)的空穴離開后，在p區(qū)靠近n區(qū)的地方出現(xiàn)等數(shù)量的電子，這個區(qū)域叫負電荷區(qū)，同理在n區(qū)靠近p區(qū)的地方出現(xiàn)一個正電荷區(qū)，這兩個區(qū)域叫作空間電荷區(qū)7，如圖2.2所示。在空間電荷區(qū)產(chǎn)生的電場叫內(nèi)建電場。圖2.1 載流子的擴散過程圖2.2 P-N結(jié)空間電荷區(qū)2.3 太陽能的重要參數(shù)太陽電池電特性的幾項重要參數(shù)是開路電壓(

15、Voc)、短路電流(Jsc)、最大輸出功率(Pm)、填充因子(FF)和轉(zhuǎn)換效率()89。2.3.1 開路電壓Voc在電池受到光射并且是開路的情況時，I=0，由此可得：VOC=Ln+(IL/L0+1)KBT/q (2.1)因為IL與照射光的強度成正比，VOc又是一個有限值，所以有如下式： (2.2)開路的電壓隨飽和電流logI0的增大而減小。禁帶寬度不斷增加，I0就會隨之減小，但是Voc會變大，并且Voc受溫度影響，與之成反比。2.3.2 短路電流ISC用表示短路電流。RL等于零、V等于零，則有：ISC =I =IL （2.3)光電流密度JL即光電流IL除以光電池面積，可以表示為：JL =q0N

16、(Eg) （2.4)收集的效率是式子中的0；當(dāng)所給的能量不斷增大超過了Eg時的光子流密度時式子中的N（Eg），禁帶距離即寬度是式子中的Eg。2.3.3 輸出功率由圖2.3看出，由太陽能電池特性曲線上我們可以求得負載電阻，只要給出實線上的一個點，我們就能求得對應(yīng)的。在實線上存在一個W點，能使該點對應(yīng)的電流電壓之積最大。即Pm=ImVm (2.5)稱W點、Im、Vm、Pm分別為太陽電池的最佳狀態(tài)9。 圖 2.3 太陽電池 I-V 特性曲線2.3.4 填充因子填充因子專門衡量太陽能電池性能好壞的，值越高越好，其表達式為：FF=Pm/(VOCISC) (2.6)2.3.5 轉(zhuǎn)換效率光電轉(zhuǎn)換效率決定太陽

17、電池性能好壞，它的表達式為：=Pm/Pin=VOCISCFF/Pin (2.7)所以有Pm為：Pm=VOCISCFF (2.8)因此，在規(guī)定的條件下我們可以從調(diào)節(jié)VOC、ISC和FF來求得最大的Pm。2.4 影響電池效率的因素及改進方法目前來看，a-Si太陽電池經(jīng)常使用的結(jié)構(gòu)主要有ITO/N-I-P/金屬基板太陽電池和Al/N-I-P/TCO/玻璃基板太陽電池兩種。太陽光和電池本身影響著太陽電池的效率，因此可以從這兩方面來考慮改善電池效率。從太陽光方面考慮，可以通過聚光來提高太陽電池效率，光強是影響太陽電池的發(fā)電量的重要因素，一定區(qū)域里，光強與發(fā)電量成正比關(guān)系。從電池本身考慮，限制太陽電池電池

18、效率的原因主要包括以下幾方面：(1)溫度 電路短路產(chǎn)生的電流值和開路狀態(tài)下的電壓值會隨溫度而變化，從而導(dǎo)致電池的效率隨溫度的增加而下降，因此控制好溫度是提高我們電池的效率必須考慮的因素。(2)前表面鈍化采用激光刻槽埋柵金屬化和絲網(wǎng)印刷工藝可以減少串聯(lián)電阻和遮擋帶來的損失。非晶硅太陽電池面臨的最大問題是轉(zhuǎn)換效率較低以及穩(wěn)定性差，通過不斷的研究對于解決這些問題有了很大突破主要體現(xiàn)在以下幾方面：1)窗口層應(yīng)采用禁帶寬的材料，將原來的a-Si換成a-SiC，因為后者具有較高光學(xué)帶隙。2)本征層厚度的選取存在最優(yōu)值，與局部能級密度有關(guān)。3)N層與P層的要求大致相同，選取c-Si作為N層材料，可以有效減小

19、串聯(lián)電阻。4)將原先的平面ITO用絨面SnO2替代，采用多層背反射電極，可以有效減少反射和透射帶來的損失。5)通過改變電池結(jié)構(gòu)，設(shè)計不同帶隙的疊層電池或者采用梯度界面層來提高電池效率和穩(wěn)定性。3 異質(zhì)結(jié)3.1 異質(zhì)結(jié)的發(fā)展異質(zhì)結(jié)是由兩種禁帶寬度不同的半導(dǎo)體材料相接觸而形成的接觸過渡區(qū)11。第一代太陽能電池以晶體硅和多晶硅為代表，而第二代以晶硅薄膜顯著，但是它們都存在價格高和效率低的問題。自1992年,異質(zhì)結(jié)第一次被日本人Makoto Tanaka和Mikio Taguchi等用在硅基太陽能電池的制作中12。從此有了新型的硅基太陽能電池，得到了大家研究工作者的青睞。3.2 異質(zhì)結(jié)的特點(1)異質(zhì)

20、結(jié)對太陽能電池吸收較寬的光譜帶是有助力的，能讓太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率增加13。相對來說與之對應(yīng)的運用上同質(zhì)結(jié)的晶硅太陽能電池吸收的太陽光波長范圍只能在0.3微米至1.1微米這個范圍內(nèi) ,雖然在這個波長范圍的能量達到總太陽光能量的百分之四十六，但是無法將占百分之五的紫外區(qū)和占百分之四十九的紅外區(qū)太陽能吸收或轉(zhuǎn)化為熱14。但是當(dāng)將我們異質(zhì)結(jié)應(yīng)用到太陽能電池中后，此電池能吸收一些晶硅電池所不能吸收的太陽光，這樣可以增加太陽電池將光能轉(zhuǎn)換為電能的效率15。(2)異質(zhì)結(jié)能使內(nèi)建電場加強，注入的效率得到提上來16。(3)使用上異質(zhì)結(jié)使得相對單獨的硅晶太陽能電池來說在硅這種原料上使用量降低，成品價格也因此

21、降了下來。4 太陽能電池4.1 高效硅基太陽能電池改善以下幾點有望讓產(chǎn)業(yè)化的硅基電池實現(xiàn)25%的效率：(1) 改進以硅作為襯底的用料并讓少子的壽命增加。光生載流子在P 型硅這種材料中存在的時間不長，目前只有 N 型材料讓硅電池實現(xiàn)25%效率。(2) 在電池中使用背接觸結(jié)構(gòu)。這樣可以通過將電極遮光減少來讓電池的效率增加。在其中用到的激光技術(shù)要求其本身和工藝都很嚴格，但是它的應(yīng)用能減少成本，有望在未來的電池工藝上大幅使用。(3)將硅基異質(zhì)結(jié)運用到太陽能電池中。4.2 硅基異質(zhì)結(jié)的發(fā)展非晶硅薄膜和晶體硅的異質(zhì)結(jié)在研究方向上是很火的，在制作上常用n型的硅片作為襯底，在其上沉積高質(zhì)量的p型非晶硅的薄膜，

22、并通過加入非晶硅薄本征層的方法來減少復(fù)合中的損失，同時使反向的漏電流減少，從而來提高性能。有研究者用p型硅作為襯底，這樣的做法有很好的兼容性，但是其導(dǎo)電性卻降低了。美國的Joan Redwing等采取將非晶硅薄層覆蓋在豎直的以硅為原料的納米棒上，形成一種叫作非晶硅薄膜/晶硅納米棒的新型異質(zhì)結(jié)，然后又將將納米、異質(zhì)結(jié)和薄膜太陽能這些技術(shù)都使用在一起，來期望用納米的這種結(jié)構(gòu)來使接受太陽光的面積變大，從而將能量的轉(zhuǎn)換效率提高。隨著硅的摻雜技術(shù)不斷完善的情況下，由于n與p型的材料制作起來容易，做異質(zhì)結(jié)的選擇也就不少了。如作為n型材料GaN、SiC等組合，作為p型材料可以與InAs、ZnSe和ZnO等材

23、料組成異質(zhì)結(jié)構(gòu)，并且有人在這方面做出了好的作品。近年來隨著ZnO這種納米材料的不斷迅猛發(fā)展，ZnO/n-Si的成效也較高，轉(zhuǎn)換效率都達到了8.5%，ZnO/p-Si的也達到了6.3個百分比，ZnO/S在完善制備方法后性能也得到較好的改善。美國的Michael Naughton等研究出了能將光子與光生載流子傳輸?shù)穆窂酵耆糸_的非晶硅薄膜/碳納米管異質(zhì)結(jié)太陽能電池，這種電池有希望將轉(zhuǎn)換效率提上來。5 硅基異質(zhì)結(jié)太陽電池的研究5.1 硅基異質(zhì)結(jié)太陽電池的發(fā)展世界各國的研究人員陸續(xù)研究了各種新型的硅基異質(zhì)結(jié)太陽電池17，有人在不斷地研究中用非晶C膜的半導(dǎo)體這種特別的性質(zhì)來研究開發(fā)a-C/c-Si、a-

24、C/C60/c-Si 等這些比較新型的走向完善路上不可缺少的太陽電池，但是它們無法得到普及，因為它將光能轉(zhuǎn)換為電能的效率太低了。在這些嘗試性的研究中也有些比較成功的異質(zhì)結(jié)太陽能電池，即:a-Si:H/c-Si、nc-Si:H/c-Si。以較為突出的a-Si:H/c-Si異質(zhì)結(jié)作為示范，闡述幾點讓硅基異質(zhì)結(jié)太陽電池實現(xiàn)高效率的條件：(1)進行對c-Si襯底的表面做足預(yù)先的加工與完善。(2)改進并完善 a-Si:H 層制作中的沉積技術(shù)。(3)對沉積后出現(xiàn)的膜層的后續(xù)加工與工藝做改進。Korte L根據(jù)上述方法成功的制備了(p)a-Si:H/(n)c-Si 和(n)a-Si:H/(p)c-Si 異質(zhì)

25、結(jié)太陽電池，將它們的轉(zhuǎn)換效率分別提升到了19.8和18.5個百分比的新高度18。硅基異質(zhì)結(jié)太陽電池不但有著非晶硅的寬帶隙還有著晶體硅的穩(wěn)定性以及很高的轉(zhuǎn)換效率，同時沒有非晶硅薄膜太陽電池中的光致衰減這個問題，并且用于生產(chǎn)的花銷也得到減少。硅基異質(zhì)結(jié)太陽電池結(jié)構(gòu)中存在復(fù)雜的異質(zhì)結(jié)界面以及本征層等使得電池的光電轉(zhuǎn)換效率受到許多條件的共同影響，使得其在性能和效率上不易達到理論值。電池的輸出受到界面態(tài)的影響，缺陷的密度高了就會降低輸出，異質(zhì)結(jié)的層與層之間會發(fā)生耦合的現(xiàn)象，所以將異質(zhì)結(jié)的界面弄清潔同時減少缺陷的密度并且細心地控制與調(diào)節(jié)載流子的分布情況，在能帶的結(jié)構(gòu)上嚴格要求，還有將納米陷光這種結(jié)構(gòu)用在硅

26、基異質(zhì)結(jié)電池上，這些都能提高硅基異質(zhì)結(jié)電池效率。5.2 硅基異質(zhì)結(jié)太陽電池的研究當(dāng)今多采用金字塔表面制構(gòu)來將硅基異質(zhì)結(jié)太陽電池的反射率被降低到百分之十以內(nèi)。如圖5.1為陷光作用的模擬圖，采用精確的微米尺寸的金字塔表面制構(gòu)可以讓射入的太陽光在電池的表面發(fā)生多次的反射與折射，通過改變?nèi)肷涔庠诠柚械那斑M方向來延長了光程，使得光生載流子的產(chǎn)生得到增加。圖 5.1 金字塔表面制構(gòu)的陷光示意圖5.2.1 HIT電池如圖5.2為雙面HIT太陽電池結(jié)構(gòu)的示意圖19-22。它將n型摻有雜質(zhì)的c-Si硅片作為襯底，先將510 納米厚的本征 a-Si:H 薄膜沉積在它的上面，然后放上p 型 a-Si 薄膜做成異質(zhì)結(jié)

27、。接著將 510 納米厚的本征a-Si與n型重摻雜的a-Si薄膜放在 c-Si 硅片背面，最后將透明的導(dǎo)電的氧化物薄膜沉積在異質(zhì)結(jié)的最兩側(cè)上。將n型 c-Si硅片換成p型的作為襯底，背表面場用 n型a-Si的發(fā)射層和重摻雜的 p型a-Si，用在硅基異質(zhì)結(jié)太陽電池上能得到對應(yīng)的HIT結(jié)構(gòu)的電池。HIT電池結(jié)構(gòu)基本制作工藝流程為：硅片清洗制絨正面沉積非晶硅薄膜背面沉積非晶硅薄膜正反面沉積 TCO 薄膜絲網(wǎng)印刷電極邊緣隔離測試。HIT這種電池具有低溫工藝 、溫度特性好如圖5.3、結(jié)構(gòu)對稱、雙面發(fā)電光照穩(wěn)定性好和高開路電壓的特點。 圖 5.2 n 型 c-Si 襯底的 HIT 電池結(jié)構(gòu) 圖5.3 HI

28、T 電池與常規(guī)晶體硅電池的效率-溫度曲線對比的示意圖將背接觸 IBC電池和硅基異質(zhì)結(jié)這種HIT電池很好的結(jié)合成的HBC結(jié)構(gòu)具有兩者的優(yōu)點。因為它有高質(zhì)量的氫化非晶硅鈍化和沒有正面的柵線遮光特點使得電池有高的開路電壓與短路電流。在2014年太陽能電池成功地在 N 型 Cz 硅上制作達到25.1百分比的效率。5.2.2 納米結(jié)構(gòu)用在硅基異質(zhì)結(jié)電池中隨著硅基異質(zhì)結(jié)太陽電池不斷地發(fā)展，需要更多的降低c-Si 襯底的厚度來減少生產(chǎn)中的花費和使效率得到進一步的提升。納米結(jié)構(gòu)的吸收共振強弱可以通過調(diào)控不同部位來實現(xiàn)，并且納米結(jié)構(gòu)可以有效的降低反射率和增加光的吸收，也就是說將a-Si 層中的光收吸量減少而光吸

29、收量在c-Si 層中得到提高，因此將納米結(jié)構(gòu)用在硅基異質(zhì)結(jié)電池陷光結(jié)構(gòu)上有著不錯的發(fā)展以及應(yīng)用上有著不錯的前景。單根的 c-Si/a-Si 核殼同軸納米線無論是在光吸收還是光電效應(yīng)上都比 c-Si 納米線有很大的增加?？墒菃胃募{米線不能用于大尺寸級別的電池，考慮到為了將之應(yīng)用在太陽能電池中而有了把這些單根 c-Si/a-Si同軸納米線做成納米線陣列的想法。如圖5.4是半核殼同軸納米線陣列陷光結(jié)構(gòu),由圖5.5可知，將c-Si 襯底的厚度減少到大概 10微米是將它使用在硅基異質(zhì)結(jié)太陽電池中的結(jié)果，也就是說同等條件下他與一般的 HIT 電池在98微米厚度時的結(jié)果是大體一樣的，這樣就讓所需的硅片厚度

30、得到大幅的減量，使得實現(xiàn)高效電池所需的硅片質(zhì)量得到降低，同時這樣還能讓FF以及獲得提升。這樣的結(jié)構(gòu)使得電池的成本獲得了一定的下降，它能將以前無法使用在高效硅基異質(zhì)結(jié)電池上的那些品質(zhì)不高的擴散長度之能達到十微米左右的硅片都利用起來，放寬了選材范圍。圖5.4 c-Si/a-Si 半核殼同軸納米線陣列和其單個組成模塊的結(jié)構(gòu)示意圖 圖5.5 c-Si層為 98 m 厚的平板結(jié)構(gòu) HIT 電池、c-Si 層為 10.3 m 厚的平板結(jié)構(gòu) HIT 電池，和 c-Si 層為 10.3 m 厚的半核殼同軸納米線陣列結(jié)構(gòu) HIT 電池，在標準 AM1.5 光譜下的 J-V 曲線5.2.3 硅基同質(zhì)異質(zhì)結(jié)太陽電池

31、將同質(zhì)結(jié)的場鈍化效應(yīng)用來做鈍化層去取代本征 a-Si 層，可以形成同質(zhì)異質(zhì)結(jié)，這種結(jié)構(gòu)可以降低 66%以上的串聯(lián)電阻，并且能夠承受高達五百倍的界面態(tài)密度，這就使得界面態(tài)密度即使在沒有壓制到很低的這種情況之下，得到的電池轉(zhuǎn)換效率也可以達到我們非常滿意的程度。雙節(jié)疊層的硅基同質(zhì)異質(zhì)結(jié)太陽電池是本征a-Si 層被 p 型 c-Si 層作為鈍化層來替換后，將同質(zhì)結(jié)與異質(zhì)結(jié)的優(yōu)點即場效應(yīng)鈍化和很好的能帶結(jié)構(gòu)這兩者結(jié)合起來形成的。相比于HIT電池結(jié)構(gòu)來看，硅基同質(zhì)異質(zhì)結(jié)太陽電池的填充因子與電池總體上的性能都得到提高，因為HIT電池的本征層電阻率高的特點被該結(jié)構(gòu)給避開了。同質(zhì)異質(zhì)結(jié)因其能承受高達五百倍的界面

32、態(tài)密度的特點使得電池在界面態(tài)密度高的情況下也能將效率達到 20個百分比以上，這是一條新的走向高效硅基異質(zhì)結(jié)電池的創(chuàng)新之路。5.3 SILVACO TCAD軟件 SILVACO 提供了TCAD驅(qū)動的CAD環(huán)境，是一種通過計算機來實現(xiàn)工藝仿真和器件仿真的輔助軟件。它能模擬各項集成電路制造工藝，如：離子注入、熱氧化、薄膜沉淀、光刻和蝕刻等。所有關(guān)鍵制造步驟都能快速精確的模擬出來，還能無誤地將器件結(jié)構(gòu)中的幾何結(jié)構(gòu)、摻雜劑量分配和應(yīng)力等預(yù)先推測出來。它能無誤的反映出電、力、熱學(xué)的性能，它可以將器件的構(gòu)造做的更好，他能夠提高成品的完成率以及將工藝變動的問題處理好。通過TCAD軟見我們可以在不良費資源的情況

33、下研究硅基異質(zhì)結(jié)太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換特性。硅基異質(zhì)結(jié)太陽能是太陽能發(fā)展的前沿，它需要我們不斷地研究與改進，通過仿真軟件我們可以避開現(xiàn)實中工藝制作方面不完善而影響研究數(shù)據(jù)不精確的情況，并且通過此軟件我們研究出適合工藝，從而對器件做出合理的優(yōu)化處理。這樣能更好的研究出最具理想的光電轉(zhuǎn)換效率的太陽能電池。結(jié)語隨著社會的發(fā)展，資源不斷的消耗，人們意識到能源的重要性，而太陽能具有高能量、無污染和可持續(xù)發(fā)展的特點。太陽能雖然研究了多年，但是還是無法普及，主要是一代和二代的太陽能電池即價格高昂又光電轉(zhuǎn)換效率低。而異質(zhì)結(jié)不僅僅讓能太陽能電池的光和電的轉(zhuǎn)換效率提升了上來，還能讓其制作成本有所下降，但隨著對異質(zhì)結(jié)

34、在硅太陽能電池中的運用，我們發(fā)現(xiàn)異質(zhì)結(jié)會影響電池的穩(wěn)定性，并且如何更好的將它與硅電池兼容起來也是一個問題，這些問題都有待解決。所以通過仿真軟件的輔助，希望將硅基異質(zhì)結(jié)太陽能電池不斷地改進與完善，在理論上先達到不錯的成績，然后隨著現(xiàn)實中的制作工藝不斷完善與跟進，硅基異質(zhì)結(jié)太陽能電池將有很高的發(fā)展展望。硅基異質(zhì)結(jié)太陽電池的效率會不斷增加，在發(fā)展上有很大的前途。今后的研究重點將集中于：1.進一步研究新型硅基異質(zhì)結(jié)太陽能電池的結(jié)構(gòu)。在結(jié)合了納米線陣列、同質(zhì)異質(zhì)結(jié)的基礎(chǔ)上，考慮引入上、下轉(zhuǎn)換和多重激子效應(yīng)等高效電池，向不曾做過的方向探尋硅基異質(zhì)結(jié)太陽電池以求效率突破。2.發(fā)展一維橫向排列納米線陣列，將其

35、與硅片表面金字塔制構(gòu)等其他陷光結(jié)構(gòu)結(jié)合，期望在光吸收和減反性質(zhì)上變得更好，以及在社會生產(chǎn)中得到體現(xiàn)。3.將同質(zhì)異質(zhì)結(jié)、納米線陣列等新結(jié)構(gòu)做出成品來。與理論上的數(shù)據(jù)上相比較，通過分析與改進來實現(xiàn)高效率的硅基異質(zhì)結(jié)太陽電池，并分析其中可能潛在的物理問題。參考文獻1 遲遠英,李向陽.風(fēng)力發(fā)電是電力可持續(xù)發(fā)展的最佳策略J.吉林電力,2005.2 陳統(tǒng)奎.她在提倡“破壞最小的消費”J.社區(qū)，2008.3 韓兵.硅基薄膜太陽電池的優(yōu)化設(shè)計與模擬計算D.內(nèi)蒙古：內(nèi)蒙古師范大學(xué)，2010.4 劉恩科，朱秉生，羅晉生.半導(dǎo)體物理學(xué)M.第六版北京：電子工業(yè)出版社，2003:325-343. 5 孟慶巨,劉海波,孟

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