微晶硅/晶体硅HIT结构异质结太阳电池的模拟计算与分析

运用AFORS-HET程序模拟分析μc-Si(p)/μc-Si(i)/c-si(n)HIT结构异质结太阳电池的光伏特性,并研究发射层厚度、本征层厚度、本征层能隙宽度、界面态密度以及能带失配等参数对太阳能电池光伏特性的影响,计算结果表明:插入5nm较薄微晶硅本征层,电池的转换效率最佳;随着微晶硅本征层厚度增加,电池性能降低,电池的界面缺陷态显著影响电池的开路电压和填充因子,对能带补偿情况进行模拟分析,结果显示,随着价带补偿(△Ev)的增大,由界面态所带来的电池性能的降低逐渐被消除,当△Ev=0.25 eV时,界面态带来的影响几乎完全消除,通过优化各参数,获得微晶硅/晶体硅HlT结构异质结太阳能电池的最佳转换效率为19.86%.     

无镉ZnO缓冲层的柔性CZTSSe太阳电池

针对铜锌锡硫硒（CZTSSe）薄膜太阳电池中CdS缓冲层带隙较小造成光损耗和Cd元素的毒性问题,提出无镉环保型CZTSSe太阳电池,分别采用溅射法和旋涂法来制备ZnO薄膜以替代CdS缓冲层.薄膜形貌表征及器件性能测试表明,相比旋涂法,溅射法制备的ZnO的薄膜质量及其CZTSSe器件性能明显更好,器件的光电转换效率（PCE）从1.0%提升到4.5%.同时,相比于CdS（E_g=2.4 eV）, ZnO具有更大的带隙（E_g=3.3 eV）,去除CdS膜层后,薄膜和器件在蓝光区具有更高的透光率和更好的光吸收.该设计为制备柔性CZTSSe太阳电池提供了一种新策略.     

双面HIT太阳能电池的模拟优化

运用FORS-HET数值模拟软件,对a-Si(n)/a-Si(i)/c-Si:(p)/a-Si(i)/pm-Si(p+)结构的太阳能电池进行模拟优化,依次讨论了不同结构,发射层,本征层,背场对电池性能的影响。通过计算不同结构的太阳能电池,结果表明:通过模拟计算显示太阳能电池性能最高的是双面HIT结构;电池性能随着发射层厚度的增加,载流子的收集效率降低造成各项参数逐渐降低,随着掺杂浓度的提高使得内建电场强度增加,性能提高最终趋于稳定;随本征层厚度的增加电池各个参数逐渐降低;增加背场能够提高电池性能。通过优化背场带隙在1. 6-1. 8 e V掺杂浓度NB≥1×1019cm-3的薄膜硅材料且本征层的厚度应该控制在3 nm,发射层厚度在3-5 nm较合适。理论计算表明双面HIT太阳能电池转化效率可以高达29. 17%.     

非晶硅太阳电池中吸收层的氢稀释微控作用

基于等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术制备非晶硅太阳电池,通过微量调节氢稀释(R_H),研究其对本征非晶硅吸收层的光学带隙及微结构的影响。实验结果显示当R_H由6.5增加到10时,本征非晶硅吸收层的光学带隙由1.796eV提高到1.973eV,电池效率随R_H的降低先升高后降低。并在R_H=7时达到最大值,此时的本征非晶硅薄膜的光学带隙约为1.836eV,其电池效率达到8.4%(V_(oc)=897.2mV,J_(sc)=14.86mA/cm~2,FF=62.96%)。实验表明R_H的提高并不能单调增加电池的效率。通过对微结构的分析发现,这主要是由于R_H过低或过高时,其Si-H_2键成分比例较高,微结构因子R较大,使得薄膜中缺陷较多所引起电池恶化导致的。     

a-Si（n）/c-Si（p）异质结电池非晶层的模拟优化

采用afors-het数值模拟软件,针对a-Si（n）/a-Si（i）/c-Si（p）电池结构的非晶层主要参数,模拟研究并讨论了异质结电池的发射层厚度、发射层掺杂浓度、界面态和本征非晶层。提出了如下结论：发射层厚度主要影响短波光子吸收;随着厚度的增加,电池性能均下降;发射层重掺杂是获得好的转化效率的一个条件;界面态较低时对电池性能影响不大,当达到1014cm-2·eV-1时,电池性能很差;高质量的本征非晶层可以有效钝化硅片,降低界面态密度,提高电池性能,但应控制一定厚度内。     

平面结构NiO/FAPbI_3钙钛矿太阳电池的性能研究

采用一步溶液法构筑了反式结构NiO/NH_2CH=NH2PbI_3(FAPbI_3)/PCBM/Ag钙钛矿电池。本文研究了钙钛矿薄膜FAPb I3结晶性、表面形貌及光电性能的影响。实验结果表明构筑反式钙钛矿电池短路电流Jsc=15.89 mA·cm-2,开路电压Voc=0.8 m V,填充因子FF=32%,光电转换效率为PCE=4.49%。     

双层ZnS界面修饰ZnO球聚体基量子点敏化太阳能电池的光电性能

在量子点敏化太阳能电池中,降低严重的界面电荷复合是提高光电转化效率达到实际应用所面临的一个重大课题。本研究以Zn O球聚体为光阳极,分别采用化学浴沉积法(CBD)和连续离子层交互吸附与反应法(SILAR),在Zn O球聚体及CdS/Cd Se量子点的表面分别沉积ZnS,构筑双层ZnS修饰(ZnO/ZnS/Cd Se/Cd S/ZnS)的量子点敏化太阳能电池(QDSCs)以获得较高的光电转化效率;采用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)及紫外-可见分光光度计对光阳极薄膜的形貌、结构以及光吸收性能进行表征,并通过测试电池的光伏特性曲线、电化学交流阻抗谱来表征电池的电化学性能,探究内、外ZnS层对电池光电性能的影响。实验结果表明:双层ZnS修饰后,电池的光电转换效率(PCE)达到了2.80%,比仅有外层Zn S修饰的PCE(1.89%)提高了约32.5%;采用双层ZnS进行界面修饰可以有效降低界面电荷复合,提高QDSCs的性能,为太阳能电池的进一步应用提供重要的参考依据。     

硫化锑太阳电池的数值模拟分析

利用Afors-het一维器件模拟仿真软件，研究传统CdS/Sb₂S₃异质结太阳电池器件中Sb₂S₃吸收层和CdS缓冲层厚度、带隙、吸收层受主浓度以及缺陷对电池性能的影响。结果表明，一定厚度的吸收层可以提高器件的短路电流密度，但过厚的吸收层会减小填充因子。研究CdS薄膜发现，过厚的CdS对电池的开路电压，短路电流密度以及填充因子损害较大。Sb₂S₃最优的带隙宽度在1.5～1.6 eV之间。提高Sb₂S₃受主浓度可以有效改善开路电压，但施主缺陷态密度与缺陷态在能级中能量的增加将会使电池效率降低。同时模拟结果表明，当吸收层中载流子寿命达到10^-7 s时，电池的短路电流密度可以得到明显改善。     

宽光谱高效硅基薄膜太阳电池的基础研究报告

介绍高绒度MOCVD-ZnO:B透明导电薄膜用作非晶硅太阳电池前电极、非晶硅太阳电池BZO/p-a-SiC:H接触特性改善、非晶硅界面缓冲层对非晶硅锗电池性能的影响以及非晶硅锗电池性能的调控等方面的研究内容及结果。首先我们将自行研制的具有优异陷光效果的掺硼氧化锌BZO用作p-i-n型非晶硅太阳电池的前电极,并且将传统商业用U型掺氟二氧化锡FTO作为对比电极。结果表明相对FTO电池,尽管BZO电池的电流优势明显,但当本征层厚度较薄时其Voc和FF却较差。原因是相对于表面较为平滑的FTO,BZO表面呈大类金字塔的绒面结构会在本征层生长过程中触发阴影效应,形成大量的高缺陷材料区和漏电沟道,进而恶化电池的Voc和FF。在不修饰BZO表面形貌的情况下,通过调节非晶硅本征层的沉积温度来消弱BZO高绒度表面引起的这种不利影响,改善后的电池Voc和FF均有提升。在仅有Al背电极的情况下,当本征层厚度为200 nm时,BZO前电极非晶硅太阳电池效率达7.34%。其次,我们采用重掺杂的p型微晶硅来改善前电极掺硼氧化锌(ZnO:B)和窗口层p型非晶硅碳(p-aSiC)之间的非欧姆接触特性。通过优化插入层p型微晶硅的沉积参数(氢稀释比H_2/SiH_4、硼掺杂比B_2H_6/SiH_4)获得了较薄厚度下(20 nm)暗电导率高达4.2 S/cm的p型微晶硅材料。在本征层厚度约为150 nm,仅采用Al背反射电极的情况下,获得了效率6.37%的非晶硅顶电池,开路电压Voc和填充因子FF均较无插入层的电池有大幅提升。第三,采用射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)技术,进行了非晶硅锗薄膜太阳电池的研究。针对非晶硅锗薄膜材料的本身特性,通过调控硅锗合金中硅锗的比例,实现了对硅锗薄膜太阳电池中开路电压和短路电流密度的分别控制。借助于本征层硅锗材料帯隙梯度的设计,获得了可有效用于多结叠层电池中的非晶硅锗电池。最后,介绍了针对非晶硅锗电池本征层高锗含量时界面带隙失配以及高界面缺陷密度造成电池开路电压和填充因子下降的问题,通过在P/I界面插入具有合适带隙的非晶硅缓冲层,不仅有效缓和了带隙失配,降低界面复合,同时也通过降低界面缺陷密度,改善内建电场分布从而提高了电池的收集效率。进一步引入I/N界面缓冲层以及对非晶硅锗本征层进行能带梯度设计,在仅采用Al背电极时,单结非晶硅锗电池转换效率达8.72%。总之,通过以上优化措施,最后获得了效率为14.06%的非晶硅/非晶硅锗/微晶硅三结叠层太阳电池。     

p-a-SiC:H降低晶体硅异质结太阳能电池寄生损失的研究

使用宽带隙的p型氢化非晶硅碳(p-a-SiC:H)薄膜作为晶体硅异质结(SHJ)太阳能电池的窗口层,使用时域有限差分法(FDTD)模拟证明,p-a-SiC: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SHJ太阳能电池的反射损失,从而增强SHJ太阳能电池的光谱响应。实验结果也证明,使用优化的p-a-SiC:H窗口层可以提升SHJ太阳能电池的短路电流(J_sc)达1.4 mA/cm²,电池光电转化效率达到了21.8%。这主要是由于p-a-SiC:H低的寄生吸收以及使用p-a-SiC:H窗口层降低了SHJ太阳能电池的反射损失所致。     

The effect of DIO additive on performance improvement of polymer solar cells

A series of polymer solar cells （PSCs） based on poly （diketopyrrolopyrrole-terthiophene） （PDPP3T） and [6,6]-phenyl-C71-butyric acid methyl ester （PC71BM） as active layer were fabricated to investigate the effect of 1,8- diiodooctane （DIO） on the performance of PSCs. The power conversion efficiency （PCE） of PSCs was increased from 3.77 % to 4.37 % for the cells with DIO additive. The underlying reason may be attributed to that DIO additive could make PC71BM more dispersive in the active layer, forming a better bicontinuous interpenetrating network for excition dissociation and charge carrier transport. There- fore, the short circuit current density （Jsc） and fill factor （FF） was increased from 8.25 to 9.18 mA/cm2 and from 67.2 % to 70.0 % for the PSCs with DIO additive compared with PSCs without DIO additive.     

基于复合电子传输层聚合物太阳能电池性能研究

为解决电子和空穴传输不平衡以及载流子复合对有机太阳能电池转换效率的限制问题, 提出采用聚芴材 料 PFO(poly(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl))对有机太阳能电池电子传输层 TiO 2 进行界面修饰以提高电荷传输, 进而提高太阳能电池能量转换效率。 通过表面形貌分析和功函数测量表明, PFO 界面层的引入不仅填补了 TiO 2 界面缺陷, 同时 PFO 可作为有效的电荷传输中心, 通过提高器件电子转移能力, 进而提高有机太阳能电 池器件短路电流和填充因子, 使有机电池能量转换效率从 5. 17%提升到 6. 96%。     

前界面缺陷对钙钛矿太阳电池性能的影响模拟

通过对光伏器件的模拟分析可以进一步提高对器件的认识深度,在实际工艺中利于优化器件制备条件,为高效钙钛矿太阳电池提供新思路.借助SCAPS模拟软件研究钙钛矿电池中钙钛矿吸收层、CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x/TiO_2界面、TCO/TiO_2界面中缺陷态密度对电池性能的影响,模拟表明CH_3NH_3P I_(3-x)Cl_x中缺陷态密度和缺陷能级位置对器件效率的影响非常大,当缺陷态密度小于10~(16)cm~(-3)时,器件光电转换效率都能保持较高数值,达到16%以上.CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x/TiO_2界面层中CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x缺陷态密度对器件的FF影响较大,当缺陷态密度小于10~(17)cm~(-3)时器件填充因子都能保持较高的数值,达到78%以上.TiO_2缺陷态密度降低和掺杂浓度提高对器件填充因子和开路电压都有利.TCO/TiO_2界面层中适当增大窗口层掺杂浓度和带隙可以有效改善器件的光伏性能.     

溶剂退火处理空穴传输层对改善钙钛矿电池性能的研究

近年来,基于CH_3NH_3PbX_3(X=Cl,Br,I)材料的钙钛矿太阳能电池发展迅速。控制钙钛矿电池中每一层的形貌对于提高电池性能的影响至关重要。使用溶剂退火的方法处理空穴传输层(spiro-OMeTAD),使其表面形貌更加平整均匀,从而改善了空穴传输层与金属电极的接触,减小了电阻,更加有利于电子的传输和收集。使用氯仿进行溶剂退火以后,钙钛矿电池光电转化效率从原来的11.3%提高到了13.1%。其中开路电压、短路电流密度、和填充因子均有大幅提高。电池的迟滞现象从原来的8.8%减小到1.5%。经过长时间测试,使用溶剂退火以后的电池稳定性也有明显改善。研究论证了溶剂退火处理空穴传输层对于制备高性能、低迟滞、更稳定的钙钛矿太阳能电池具有至关重要的作用。     

基于苯并三噻吩共聚物/富勒烯衍生物的聚合物太阳能电池

以苯并三噻吩共聚物(BTT-BTz)为给体材料,具有不同能级结构的富勒烯衍生物为受体材料,通过共混方式制备光敏薄膜,并研究受体材料的能级结构对光伏器件开路电压(Voc)、短路电流(Jsc)、填充因子(FF)和电池效率(PCE)的影响.结果表明:当IC60BA为电子受体材料时,器件的Voc=1.06V,但Jsc较低,使得PCE仅为1.49%;当PC60BM和PC70BM为受体材料时,Voc分别为0.86V和0.81V,但Jsc较高,使得PCE分别为3.22%和5.06%.     

MoO3背界面修饰对柔性CZTSSe太阳能电池性能的影响

针对高温硒化过程中铜锌锡硫硒（CZTSSe）太阳能电池背界面不稳定问题，提出在柔性Mo衬底上蒸镀MoO₃薄层，阻隔CZTSSe吸收层与Mo的直接接触，抑制背界面处CZTSSe吸收层与Mo发生分解反应.材料表征及性能测试表明，MoO₃修饰能促进背界面处CZTSSe吸收层的生长，提高CZTSSe吸收层的结晶质量，实现了CZTSSe吸收层由双层结构向“三明治”结构的转变.实验证明，加入10 nm的MoO₃薄层，开路电压与短路电流有大幅提升，能得到最佳的器件效率，效率从6.62%提升到7.41%.     

Luminescent and photovoltaic properties of poly（9,9-dioctylfluorene- co-bithiophene） in organic electronic devices

We studied the luminescent and photovoltaic properties of poly(9,9-dioctylfluorene-co-bithiophene)(F8T2) based on ITO/PEDOT:PSS/F8T2/Bphen/LiF(0 or 1 nm)/Al and ITO/PEDOT:PSS/F8T2:PCBM/Bphen/Al.A stable and bright yellow emission was obtained from polymer F8T2,and the electroluminescence power reached 45 ?W at a 15 V driving voltage.Polymer F8T2 shows a broad absorption band from 400 to 500 nm,and has a shorter absorption edge at about 560 nm compared to that of the typical electron donor P3HT(650 nm).The photoluminescence quenching of F8T2 occurs with only a small fraction of blended PCBM due to the effective exciton dissociation at the interface between F8T2 and PCBM.Polymer solar cells(PSCs) using F8T2:PCBM as the active layer show a low power conversion efficiency(PCE) of 0.10% with an open circuit voltage(Voc) of 0.91 V and short circuit current density(Jsc) of 0.23 mA/cm2.The PSCs using F8T2:P3HT:PCBM as the active layer have a Voc of 0.85 V and Jsc of 3.02 mA/cm2,improving the PCE by about 0.90%.We attribute the improved cell performance to the higher number of photons harvested by P3HT molecules.     

带有CGL：B：C的大面积a－Si：H太阳电池的研制

报导了在Ｐ／Ｉ界面引入ＣＧＬ：Ｂ：Ｃ＊缓冲层对大面积（２７９０ｃｍ２）单结集成Ｐ－Ｉ－Ｎ型。ａ－ＳＩ：Ｈ太阳电池性能影响的研究结果．实验发现：带有ＣＧＬ：Ｂ：Ｃ层的ａ－ＳＩ：Ｈ太阳电池性能的提高主要是填充因子ＦＦ的增加所导致，实验所得电池的ＦＦ平均达６０．３３％，平均有效面积转换效率ＦＦ达６．０％，分别比目前的生产水平（ＦＦ＝５３．９％，ＥＦ＝５３％）提高了１１．９９％和１３．２％．最后，依据建立的电池能带模型，从理论上解释了引入ＣＧＬ：Ｂ：Ｃ后电池性能得以提高的原因．     

HATCN作为阳极缓冲层掺杂剂的有机太阳能电池的性能研究

将有机小分子材料HATCN掺杂于酞菁铜(CuPc)中,制备出有机太阳能电池ITO/HATCN:CuPc/CuPc/C60/BCP/Al.在光强为100 mW/cm2的太阳能模拟器照射下,当HATCN的掺杂浓度为5%时,器件性能最好,开路电压(Voc)为0.48 V,短路电流密度(Jsc)为5.66 mA/cm2,填充因子(FF)为0.48,能量转化效率(PCE)为1.30%.与未掺杂的器件ITO/CuPc/C60/BCP/Al相比,PCE提高了59%,这主要归因于HATCN具有较好的载流子传输性能和非常低的LUMO能级.