柔性衬底非晶硅/微晶硅叠层太阳电池

报道了对柔性村底非晶硅/微晶硅叠层太阳电池的研究结果.首先采用等离子体化学气相沉积(PECVD)方法在不锈钢柔性衬底上制备了微晶硅太阳电池,发现合适的硅烷浓度和引入Ag/ZnO背反射镜可提高微晶硅太阳电池的性能,使之作为叠层太阳电池的底电池.然后将不同厚度的硅基p+/n+隧穿结应用于非晶硅/微晶硅叠层太阳电池,分析了其对太阳电池电学和光学特性的影响,发现p+层厚度增加后,电池的开路电压提高,短路电流密度减小;随着n+层厚度的变化,电池的短路电流密度和填充因子均存在最佳值.获得了光电转换效率为11.26%(AM1.5,1000W/m2)的不锈钢柔性衬底非晶硅/微晶硅叠层太阳电池.并进行了大面积化工作,在不锈钢衬底和聚酰亚胺衬底上分别获得了光电转换效率为5.89%(25cm2,AMO,1353W/m2)和5.82%(4cm2,AMO,1353W/m2)的叠层太阳电池.     

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%.     

非晶硅太阳电池背接触界面和n型层参数敏感性研究

在参照国内外大量实验测量数据的基础上,建立了pin结构非晶硅太阳电池的计算模型．通过一系列模拟计算和分析,研究了电池3个外部特性和能量转换效率对背接触界面和n型层参数的敏感性．结果表明,背接触势垒高度和n型层掺杂浓度是对电池外部特性参数有显著影响的敏感参教;背面反射率只对短路电流和转换效率的改善有贡献且最大增幅均小于10％;背接触界面载流子表面复合速率和n型层的厚度、迁移率隙、载流子迁移率等参数对电池各外部特性的影响均很小．根据对计算结果的分析,提出了背接触界面和n型层参数的一组优化值,并指出背接触势垒高度和n型层掺杂浓度应作为理论和工艺研究重点．     

n-GaAs/p-GaAs/p-Ga_(1-x)Al_xAs背反射簿层电池光谱响应的理论分析

n-GaAs/p-GaAs/p-Ga_(1-x)Al_xAs 异质结构背电场背反射簿层电池的光谱响应的计算结果表明:结深x_j对光谱响应有重要的影响,尤其是短波;基区厚度H_2的变化对长波光谱响应也非常敏感,存在一最佳的基区厚度值;比较理想的电池结构参数是:x_j<0.05μm,n型表面区扩散长度L_?>x_j,基区扩散长度 L_1>2H_1。     

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%.     

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。     

背表面沟槽型高效背接触太阳电池的输出特性研究

利用TCAD半导体器件仿真软件对背表面沟槽型高效插指背接触(Interdigitated Back Contact,IBC)单晶硅太阳电池的输出特性和沟槽结构参数进行了优化研究.全面系统地分析了在衬底少子寿命较低的情况下,沟槽深度和沟槽数量对沟槽型IBC太阳电池光电流分布、外量子效率、短路电流密度、开路电压、填充因子及转换效率的影响.仿真结果表明:背表面沟槽结构对低衬底少子寿命的产业化IBC太阳电池的电学性能具有显著的改善作用.采用沟槽结构有利于产业化IBC太阳电池外量子效率的提升,对于短波段外量子效率的改善效果尤为显著.采用沟槽结构有利于增大发射结面积、缩短光生载流子输运路径、降低光生载流子输运过程中的复合损耗,对产业化IBC太阳电池短路电流密度有明显提高.采用沟槽结构可显著提高产业化IBC太阳电池的转换效率.对于衬底少子寿命为50μs的产业化IBC太阳电池,其转换效率为18. 56%.当沟槽数量为6且沟槽深度为100μm时,沟槽型单元IBC太阳电池的转换效率达到21. 87%,与衬底少子寿命为300μs情况下的产业化IBC太阳电池的转换效率相当.     

InGaAs热光伏电池器件和系统研究

InGaAs电池具有吸收带隙低,效率高,稳定性好的优点,广泛应用于热光伏(TPV)器件.本文从材料生长,器件制造和系统综合方面研究了InP衬底上0.73 eV In_(0.53)Ga_(0.47)As晶格匹配和0.6 eV In_(0.68)Ga_(0.32)As晶格失配热光伏电池.通过缓冲层厚度计算,分析了组分波浪上升式InAsP结构的应力弛豫机制,单层缓冲层厚度150 nm时能够释放84%的失配应力.晶格匹配In_(0.53)Ga_(0.47)As和晶格失配In_(0.68)Ga_(0.32)As室温光致发光波长分别为1.69和2.05μm.在AM1.5G标准光谱下, 0.73和0.6 eV InGaAs TPV电池的转换效率分别为12.38%和8.41%.然而在1323 K辐射温度下, 0.6 eV InGaAs TPV电池的转换效率超过0.7 eV InGaAs TPV电池,利用黑体辐射公式标定后转换效率分别达到26.9%和25.4%.搭建了热光伏原理样机系统,通过InGaAs热光伏电池串并联方式,实现了1470 K辐射温度下5 W的输出功率,完成了热辐射能到电能的稳定转换.     

基于CuPc的反式钙钛矿太阳能电池低温制备

引入一种典型的p型半导体材料CuPc,采用反式钙钛矿太阳能电池结构,利用热蒸发沉积方法将其作为电池的空穴传输层,在低温条件下制备电池器件.对不同厚度CuPc膜对钙钛矿电池性能的影响进行了优化,采用电流-电压测试、扫描电镜、原子力显微镜和X-射线衍射等方法分析了电池的光电性能和薄膜质量.研究结果表明:热蒸发沉积的CuPc层具有良好的平整性和覆盖性,当其厚度为10 nm时,器件在刚性基底上取得了15.37%的最高光电转化效率,在柔性基底上取得了12.66%的最高光电转化效率.该电池制备过程简单、成本低且重复性高,为进一步制备大面积、高效率以及柔性化的钙钛矿太阳能电池提供了参考.     

基于Zn_2SnO_4纳米线固态染料敏化太阳能电池光生电荷分离与光电性质研究

采用水热法在不锈钢滤网上制备出Zn2SnO4纳米线.首次通过制备Zn2SnO4纳米线/CBS异质结构来提高复合体系的光生电荷分离效率;逐步改变CBS厚度系统研究了Zn2SnO4纳米线/CBS染料敏化太阳能电池的光电转换效率.结果表明Cu4Bi4S9为1.0μm时,Zn2SnO4纳米线/Cu4Bi4S9异质结具有最强稳态和电场诱导表面光伏效应,对应染料敏化电池最高光电转换效率为4.12%.从光吸收、薄膜厚度、内建电场和能级匹配等几个方面,讨论了异质结和固态染料敏化电池中光生电荷分离的影响因素以及光生电荷传输机制.     

In1-x GaxN/Si异质结太阳能电池的光伏特性研究

通过器件模拟对n—In1-xGaxN/p—Si异质结的光伏特性进行了研究,并与c—Si同质结薄膜电池的性能作了比较。在AM1.5的光照条件下,n—IGN/p—Si异质结在最佳的电池设计、最佳的材料和最佳的操作参数条件下获得的电池效率达到了27%。电池效率受到薄膜质量的强烈影响,从电子亲和势、多数载流子的迁移率、少数载流子的寿命、薄膜厚度以及掺杂水平的变化可以得到说明。     

氢化纳米非晶硅(na-Si:H)p-i-n太阳电池

文章报道了通过适当氢稀释(RH=15)和合适的衬底温度(Ts=170℃)下,用PECVD制备得到的宽带隙氢化纳米非晶硅(na-Si:H)薄膜,并将其用作pin太阳电池的本征层。经过电池结构和工艺条件的优化设计,在p/i,i/n界面插入渐变带隙缓冲层,制备出了glass/ITO/p-a-SiC:H/i-na-Si:H/n-nc-Si:H/Al结构的pin太阳电池。电池初始开路电压(Voc)高达0.94V,同时还能保证0.72的填充因子(FF)。光电转换效率(Eff)达到8.35%(AM1.5,100mW/cm2)。     

n-i-p微晶硅太阳电池中p型掺杂层对其性能的影响

采用高压高功率RF-PECVD技术,研究了三个系列的p层微结构特性和光学特性对电池性能的影响,获得了适合n-i-p微晶硅太阳电池的p型掺杂层.实验结果表明,p层的微结构特性与电池性能密切相关,具有特定结构的p层能够使电池性能大幅度提高,获得转换效率为8.17%（Voc=0.49V,Jsc=24.9mA/cm2,FF=67%）的单结微晶硅太阳电池及转换效率为10.93%（Voc=1.31V,Jsc=13.09mA/cm2,FF=64%）的叠层太阳电池.     

杂质吸除技术与高效硅太阳电池

应用杂质吸除技术,以1Ω—cm P型Φ60mm复拉单晶硅制作N+—p—p+铝背场太阳电池,在AM1.5条件下,全面积光电转换效率在10％以上(有效面积光电转换效率为12％)的太阳电池占90％,最高可达14％(有效面积光电转换效率为16.2％)。在P+—N—N+型太阳电池上获得相同的结果。     

《中国科学报》:复旦大学制备出效率达18.97%黑硅太阳能电池

正来源:《中国科学报》2016年9月28日复旦大学光科学与工程系陆明课题组利用黑硅材料制备出了高效的太阳能电池.相关研究成果日前发表于《纳米技术》(Nanotechnology),同时入选《Nanotechnology Select》.据悉,该课题组提出了一种提高电池效率的新方法.这种方法采用黑硅材料,制备的电池效率突破国际上同类结构电池的最高水平,达到18.97%.研究者通过在p型单晶Si(100)上扩散磷制备pn结,利用化学刻蚀方法在n型发射极中形成多孔黑硅,其紫外可见光范围反射率低于0.3%.     

一种用于BIPV的半透明非晶硅薄膜太阳能电池的研究

利用一种半透明非晶硅薄膜太阳能电池采用高导电性能的透明银(Ag)薄膜和TCO薄膜组成透明的背电极代替了普通的不透明铝背电极,通过ZnO/TiO_2薄膜组成复合增透膜提升入射光能,弥补透明背电极的背反射减弱问题。实验采用磁控溅射法制备厚度为10~15 nm的银薄膜与200~300 nm厚度AZO薄膜为透明背电极,采用厚度为65 nm的ZnO薄膜和50 nm的TiO_2薄膜为增透膜,制备的电池样品平均输出功率为39.76 W,透光率为20.17%,对比相同电池工艺的传统半透明非晶硅薄膜太阳能电池组件,有效地减少了光损失,提高了电导率。     

P型微晶硅及其在柔性衬底太阳电池中的应用

本文以B（CH3）3（TMB）为掺杂剂,通过射频等离子体增强化学气相沉积（RF-PECVD）技术,对P型微晶硅（c-Si：H）薄膜材料进行了研究.通过测试材料电学、光学及微结构特性等,研究了硅烷浓度与掺杂浓度对薄膜性能的影响.将上述材料分别应用于PEN/ZnO柔性衬底及SnO2玻璃衬底的非晶硅薄膜太阳电池中,PEN柔性衬底的非晶硅太阳电池得到了4.63%的光电转换效率,玻璃衬底非晶硅太阳电池得到了5.72%的光电转换效率.     

非晶硅／多晶硅太阳电池吸收层厚度的设计优化

为非晶彬多晶硅太阳电池设计增加了一层重掺杂的非晶硅薄膜作为背场,利用AMPS程序模拟发现电池的光伏性能明显改善．模拟中还发现,有无背场时,电池的转换效率分别在吸收层厚度为5μm和15μm时达到峰值,故有背场的太阳电池更有利于节约材料,降低成本．     

基于双阳极界面修饰层有机太阳能电池研究

为提高有机太阳能电池的能量转换效率,提出一种基于双阳极界面修饰层的有机太阳能电池优化方案。该方法主要采用四氟乙烯( PTFE: Polytetrafluoroethylene) 和五氧化二钒( V2O5: Vanadiumpentoxide) 作为阳极界面修饰层,制备了器件结构为ITO/PTFE/V2O5 /PCDTBT ∶ PC71 BM/LiF/Al 的有机太阳能电池。测试结果表明,引入PTFE/V2O5双阳极界面修饰层的有机太阳能电池的能量转化效率最高可达6． 52%。相比于V2O5单阳极界面修饰层器件效率提高了11． 5%。测试结果证明双阳极界面修饰层的功函数与PCDTBT 材料的HOMO 能级更加匹配,有利于空穴的传输和提取。同时PTFE/V2O5 改善了氧化铟锡( ITO) 表面形貌,减少界面缺陷,抑制了界面处载流子的复合。     

改善a-Si太阳电池界面特性的新方法

本文介绍一种用非晶金属硅化物改善a—Sipin太阳电池TCO/p界面特性的新方法.文章中详细讨论了载流子的传输模型并给出了一系列的实验数据.利用这种方法,用单反应室等离子体CVD装置使a—Si电池的短路电流提高了10%以上,并已获得10.6%的转换效率.