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.     

非晶/微晶相变区硅基薄膜太阳能电池研究进展

综述了非晶/微晶相变区硅基薄膜的微观结构、光电特性及其在太阳能电池中的应用进展.稳定优质的宽带隙初始晶硅薄膜处于非晶/微晶相变区的非晶硅一侧,其相比于非晶硅具有更高的中程有序性和更低的光致衰退特性.低缺陷密度的窄带隙纳米晶硅薄膜处于非晶/微晶相变区的微晶硅一侧,有效钝化的纳米硅晶粒具有较高的载流子迁移率和较好的长波响应特性.基于上述相变区硅薄膜材料的叠层电池已经达到13.6%的稳定转换效率.掺锗制备的硅锗薄膜可进一步降低薄膜的带隙宽度,引入相变区硅锗合金薄膜后,三结叠层电池初始效率已经达到16.3%,四结叠层太阳能电池理论效率可以超过20%.     

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%.     

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.     

硅薄膜太阳电池的研制

本文阐述了用真空蒸镀法制作微晶—非晶硅薄膜p—i—n结构太阳电池的工艺过程及原理,所制得的电池开路电压Voc已超过500mv。     

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/cm²,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-H₂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。     

氢等离子体处理P层对非晶硅太阳能电池开路电压的影响

为拓展非晶硅太阳能电池的应用,有必要提高其开路电压。本文讨论氢等离子体处理对P层和非晶硅太阳能电池性能参数的影响。结果表明：用氢等离子体处理P层可以使电池的平均开路电压提高0．0257V,平均填充因子提高0．039,平均能量转换效率提高0．45％,实验中获得的最高开路电压为0．99V。用氢等离子体处理P层可以提高P层的晶相比,使更多的光子被本征层吸收。此外,这种处理工艺与非晶硅太阳能电池的制备工艺相兼容。     

硅基薄膜太阳电池研究现状

硅基薄膜太阳电池由于材料成本、转换效率等特点受到人们的关注,就非晶硅薄膜、多晶硅薄膜、微晶硅薄膜和非微叠层太阳电池的研究现状做了简要的分析。     

硅锗光子晶体复合电极对非晶硅电池性能的影响

采用离子液体电沉积法辅助胶体晶体模板法在非晶硅电池板的ZnO:B表面构筑硅锗光子晶体,制备出ZnO/Si Ge-PCs/Ag(ZnO/SiGe Photonic Crystals/Ag)复合背电极,并研究了ZnO/SiGe-PC/Ag复合背电极与ZnO/Al背电极的非晶硅电池的光电性能.实验结果表明,基于ZnO/SiGe-PCs/Ag复合结构背电极能够提高非晶硅太阳能电池的外量子效率和短路电流密度;并且,随着硅锗光子晶体孔径的增加,电池的效率明显增加.这种新型的光子晶体复合电极结构,对于改善非晶硅叠层电池的光电效率和光电流匹配问题提供一种新途径.     

两次制结提高n~+p型Si太阳电池转换效率的研究

文章提出通过2次恒定源扩散和恒量扩散制作n+p型硅太阳电池的新工艺。与常规的一次制结工艺相比,新的扩散方法可以减缓高浓度浅结磷扩对硅表层带来的晶格损伤,所制作的太阳电池短路电流Isc提高了约0.7%,开路电压Voc也有明显改善,光电转换效率从常规工艺所制备电池的17.34%提高到17.70%。     

衬底掺杂浓度对p-i-n结构电致发光的增强作用

采用等离子体增强化学气相淀积系统,应用原位氧化和原位掺杂技术制备出了以非晶硅/二氧化硅多层膜结构为本征i层、分别以磷和硼掺杂的非晶硅作为n型和p型区的p-i-n结构。经过三步后退火处理,i层晶化得到纳米硅/二氧化硅多层膜结构,磷和硼掺杂的非晶硅结晶形成多晶硅结构。衬底采用轻和重掺杂两种不同浓度的p型单晶硅。重掺杂衬底上的p-i-n结构的电致发光特性比轻掺杂的具有更低的开启电压和更高的发光强度和效率。根据载流子的输运机制分析,重掺杂的p+硅衬底一方面有效的降低了载流子的隧穿势垒,提高了载流子的有效注入效率,进而提高了电致发光强度和效率;另一方面,重掺杂衬底也降低了器件的总串联电阻,是器件开启电压降低的主要原因。     

Ⅲ.小面积绒面SnO_2透明导电膜研制成功

二氧化锡(SnO_2)薄膜是具有宽光学带隙的 N 型半导体薄膜,在可见光范围内具有很高的透过率,是非晶硅太阳电池理想的透明导电抗反射膜。我校物理系半导体研究室采用常压 CVD 技术,研制成功的这种小面积掺氟绒面 SnO_2透明导电膜,主要技术参数为:电阻率7×10~(-4)Ω·cm,总透过率硅≥90%。南开大学用这种 SnO_2膜研制出了面积为12.6nm~2、转换效率为7.2%的非晶硅太阳能电池。此结果与使用日本的某些     

太阳电池中陷光材料和结构的研究

高效率太阳电池的获得是推动光伏产业得到进一步拓展的关键之一,如何充分利用太阳光,提高太阳电池的光谱吸收是提高电池效率的有效手段之一。透明导电窗口层材料作为薄膜太阳电池中的一层重要功能材料,其对太阳电池有源层的光吸收具有非常重要的作用。该研究前期围绕着如何拓宽太阳光的宽谱透过、高的绒度散射、以及长波长光的利用等方面进行了详细的研究,部分研究成果如下:(1)采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法对W掺杂ZnO材料进行了理论分析,并采用磁控溅射技术进行了WZO薄膜的实验研究,理论与实验结果表明,W能够在ZnO中起到施主作用,获得n型半导体特性,同时能带简并效应使其光学带隙展宽;(2)研究了低成本超生喷雾技术制备ZnO工艺中In掺杂量对IZO薄膜特性影响的研究:In的掺入能有效提高ZnO薄膜的载流子迁移率,从而降低薄膜的电阻率,同时In的掺入具有抑制(002)晶面生长,促进(101)晶面生长的作用,使其具有良好的陷光效果;(3)通过优化ZnO缓冲层(buffer layer),有效地改善了LPCVD-ZnO:B的光电特性。结果表明:"富氧"的缓冲层有效地增加了ZnO:B-TCO的近红外区域透过率,使其更适应宽光谱薄膜太阳电池的发展要求;(4)提出了一类基于磁控溅射及LPCVD技术的具有复合陷光结构的ZnO前电极材料,并在叠层薄膜太阳电池中进行初步应用;(5)基于复合陷光结构的优势,采用磁控溅射技术,通过对沉积条件的有效控制以及后湿法腐蚀工艺的优化,获得了大坑、小坑兼有的高绒度的ZnO透明导电薄膜,将其应用于非晶硅/非晶硅锗/微晶硅三结电池中,初始效率达到了14.06%;(6)采用化学水浴法制备了PbS量子点材料,并对反应条件对样品的影响进行了系统的研究,确定了将PbS等IV-VI族化合物半导体量子点用于上转换器的具体技术途径。     

具有元素梯度的Cu_2ZnSnS_4薄膜

Cu(In,Ga)Se_2(CIGS)吸收层中的In、Ga元素梯度使得吸收层形成梯度化的带隙结构,该结构能有效提高电池的短路电流(Jsc)和开路电压(Voc),进而优化电池光电转换效率。利用磁控溅射设备,通过控制靶材的溅射功率渐变来实现薄膜中金属元素的梯度分布,为梯度带隙结构CZTS薄膜太阳能电池提供实验研究依据。     

纳米硅（nc—Si：H）／晶体硅（c—Si）异质结太阳电池计算机模拟

文章运用美国宾州大学发展的AMPS程序模拟计算了n--型纳米硅(n^ --nc—Si：H)／p--型晶体硅(p--c—Si)异质结太阳电他的光伏特性。结果显示，界面缺陷态是决定电池性能的关键因素，显著影响电池的开路电压(Voc和填充因子(FF)。计算得到了这种电池理想情况下(无界面态、有背面场、正背面反射率分别为0和1)的理论极限效率ηmax＝31．17％(AM1．5100MW/cm^2 0.40--1.10μm波段）     

用开路电压法测晶体硅太阳电池少子寿命的研究

根据太阳电池的工作原理,详细论述了用脉冲光源照射n/p结太阳电池瞬间时,由于光电压,即开路电压的建立,将有电子从n区通过n/p结向p区边界注入,这些注入p区的过剩电子(少子)在运动中复合所需的时间,我们定义为少子寿命.理论上给出了注入p区的电子复合带来的开路电压与寿命的关系式(Voc(t)),同时也研究了n/p结势垒电容放电对Voc(t)的影响.因此建议使用开路电压随时间的衰减关系式(Voc(t))测量少子寿命的方法.     

纳米硅(nc-Si∶H)/晶体硅(c-Si)异质结太阳电池计算机模拟

文章运用美国宾州大学发展的AMPS程序模拟计算了n-型纳米硅(n+-nc-Si∶H)/p-型晶体硅(p-c-Si)异质结太阳电池的光伏特性.结果显示,界面缺陷态是决定电池性能的关键因素,显著影响电池的开路电压(VOC和填充因子(FF).计算得到了这种电池理想情况下(无界面态、有背面场、正背面反射率分别为0和1)的理论极限效率ηmax=31.17%(AM1.5100MW/cm2 0.40～1.10μm波段).     

脉冲激光对非晶硅薄膜晶化现象的影响

太阳能是一种新型环保可再生能源,硅太阳能电池是目前太阳能最常见的应用形式。相对晶体硅而言,成本较低的非晶硅薄膜太阳能电池是当前新能源领域研究的热门。非晶硅薄膜的退火工艺是非晶硅太阳能电池生产中的一个重要环节,本文采用石英玻璃作为衬底材料,利用PECVD法沉积非晶硅薄膜,使用YAG激光器对非晶硅薄膜进行退火处理,研究脉冲激光对非晶硅薄膜的晶化现象。实验结果表明,脉冲激光退火工艺可使非晶硅薄膜快速结晶,生成纳米级微晶颗粒,其尺寸满足非晶硅太阳能电池的生产要求。     

缓冲层结构微晶硅太阳能电池性能的研究

采用在籽晶层与I层之间插入缓冲层的方法制备了一组微晶硅太阳电池,其结构式:AI/N层/I层/缓冲层/籽晶层/P层/Sn O2:Zn O/玻璃基底.通过测试表明,具有缓冲层的微晶硅电池的开路电压、短路电流.填充因子和转换效率明显好于无缓冲层的微晶硅电池,当1.6%硅烷浓度沉积籽晶层、3%硅烷浓度沉积缓冲层、5%硅烷浓度沉积I层时,获得微晶硅电池转换效率比无缓冲层高3.18%.