能带补偿对aSiHcSi异质结太阳电池性能的影响（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑完整版实用资料，欢迎下载）能带补偿对a-Si:H/c-Si异质结太阳电池性能的影响能带补偿对a-Si:H/c-Si异质结太阳电池性能的影响赵亮*，周之斌，崔容强（上海交通大学物理系太阳能研究所，上海，200240）摘要:利用微电子和光子结构分析软件(AMPS模拟了不同异质结能带补偿条件下a-Si:H/c-Si异质结太阳电池的光电特性。模拟结果表明在价带补偿占优势的情况下，a-Si:H/c-Si异质结在不同偏压范围内异质结能带特性不同，造成导电机制随偏压发生变化，从而使太阳电池的光照J-V曲线扭曲，填充因子下降。关键词：数值模拟，太阳电池，异质结，导电机制0.引言a-Si:H/c-Si异质结太阳电池具有工艺简单[1]，能耗低的优点，并且可以利用低成本的CZ硅和多晶硅。异质结太阳电池利用了氢化非晶硅的宽带隙和高光电导以及晶体硅稳定性好的优势，避免了由非晶硅不稳定性造成的太阳电池性能光致衰减(Staebler-Wronski效应。此外，异质结太阳电池热稳定性也比传统晶体硅太阳电池好[1]。目前报道的最高效率的异质结太阳电池的转换效率已经超过20%（AM1.5，100mW/cm2，单片面积100.5cm2）[2]，这说明HIT太阳电池是一种具有潜力的高效太阳电池。除了上述的优点，异质结太阳电池还有几个关键部分值得注意，其中止一是异质结的能带补偿在导带和价带的分配，不同沉积手段和不同的工艺条件会形成不同的能带补偿值，所以各小组得到的结果不尽相同，由于不同能带补偿下异质结处的隧道电流相差甚大，所以不同能带补偿值对太阳电池性能的影响也未达成一致，对此我们在拟合过程中以不同的能带补偿值为变量，研究能带补偿分配对电流特性的影响。1.模拟异质结太阳电池的基本结构如图1所示，是一个pa-Si:H/ia-Si:H/nc-Si结构。在模拟过程中p层和i层的亲和势从3.90eV逐渐降低到3.50eV，其他参数保持不变。异质结太阳电池的衬底是厚度为250μm的n型硅。本征和掺杂a-Si:H薄膜厚度均为5nm，发射极为重掺杂，二者的缺陷表现在带尾态和两个按高斯分布的隙态能级,部分参数参考了文献[3]。在模拟过程中照射条件为AM1.5，100mW/cm2，光谱范围为0.40μm-1.10μm[4]。图1.HIT太阳电池结构示意图Fig1.SchematicDiagramofHITSolarCell2.结果与讨论图2计算得到的不同能带补偿分配下a/c异质结太阳电池的光03dz12030第八届光伏会议论文集照J-V曲线Fig2.CalculatedLightJ-VCurvesofHeterojuncitonSolarCellswithDifferentDistributionofa/cBandOffset图3是不同价带势垒高度的a/c异质结能带图，从中可以看出当价带补偿增大时，势垒在c-Si一侧的下降减小，在非晶硅一侧的下降增大，且界面处c-Si的价带底逐渐接近费米能级EF，这使界面处空穴浓度升高，在高ΔEV的情况下甚至造成反型层，空穴浓度超过c-Si的掺杂浓度，如图4所示。由热电子发射理论业可以得到相同的结论。价带补偿形成势垒，阻挡光生空穴被采集。如图3，当ΔEV=0.53eV，在c-Si的空间电荷区内空穴浓度高达1.0×1019/cm3。模拟结果发现在异质结太阳电池中，晶体硅是主要的光吸收层，光电流主要来自晶体硅内的光生空穴，如果价带势垒很高，c-Si内的光生空穴被阻挡，太阳电池的光伏性能显然无法提高。当价带势垒低时，如ΔEV=0.13eV，晶体硅一侧异质结面附近的空穴浓度降低到1.0×1014/cm3，即大部分空穴具有足够大的能量越过势垒进入发射极，光生电流提高。I-V曲线的S形可以由下面的分段理论解释。当电池处于热平衡或正向偏压比较小，晶体硅的价带底低于异质结界面势垒，光生空穴可以自由通过价带势垒，电流可以用渐变异质结理论描述。在不考虑界面态影响的情况下，空穴电流密度JP∝exp(qVa/kBT[6]其Va为空间电荷区内的电势，理想因子n=1。随着正向偏压增加，晶体硅的价带底逐渐升高，到与价带势垒尖峰持平，进而低于价带势垒，此时渐变异质结理论对空穴的注入不再适用，而应该用突变异质结理论描述，空穴流密度JP∝exp(qVa/nkBT[6]理想因子n≠1。上面两式中T是绝对温度，kB是波尔兹曼常数。根据上述理论，可以推断当正向电压由零开始增加，在lnI-V曲线上会出现一个拐点，拐点处VD1-Va1=ΔEv，其中VDc和Vac分别是晶体硅空间电荷区的势垒高度和正向偏压在晶体硅一侧的压降。我们计算了光照