南开大学稳步推进非晶硅太阳电池产业化

太阳能是一个巨大无比的清洁能源宝库.太阳40分钟内投射到地球表面的能量就相当于世界每年能量消耗的总和.因此,大力发展太阳电池产业,利用阳光发电已经成为世界各国经济可持续发展的新能源战略.     

非晶硅太阳电池的性能与结构参数的关系

在Ｒｉｃｈａｒｄ Ｓ．Ｃｒａｎｄａｌｌ和Ｐｏｒｐｏｎｔｈ Ｓｉｃｈａｎｕｇｒｉｓｔ等人工作的基础上,用平均场区域近似（ＵＦＲＡ）方法,对ｐ－ｉ－ｎａ－Ｓｉ：Ｈ薄膜太阳电池进行了解析分析,得出了电池性能参数随本征层厚度变化的关系。短路电流密度先随厚度的增加而增加,在１μｍ左右达到最大值,而后将减小,但但小得不多,开路电压基本上下随本征层厚度变化。填充因子随本征层厚度一直减小,从厚度０．１μｍ时的０．     

非晶硅太阳电池的性能与薄膜特性的关系

在ＲｉｃｈａｒｄＳ．Ｃｒａｎｄａｌｌ和Ｐｏｒｐｏｎｔｈ Ｓｉｃｈａｎｕｇｒｉｓｔ等人工作的基础上,用平均场区域近似（ＵＦＲＡ）方法,对ｐ－ｉ－ｎａ－Ｓｉ：Ｈ薄膜太阳电池进行了解析分析,得出了电池性能参数与本征层光学带Ｅｇ、电子迁移率Ｕｎ的关系。开路电压Ｖｏｃ、短路电流Ｊｓｃ、电池效率随Ｅｇ的增大而急剧减小,而填充因子Ｆｆ随Ｅｇ的增大而缓慢减小。Ｖｏｃ,Ｊｓｃ,Ｆｆ都随Ｕｎ的增大而增大,变化最大,其     

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。     

非晶硅太阳电池稳定性研究

报导对非晶硅太阳电池长期跟踪测量的结果，并对提高太阳电池稳定性进行了讨论。     

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)。     

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.     

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．     

非晶硅太阳电池衰降的机制及特征分析

对不同类型的非晶硅电池进行了老化试验,并对性能衰降数据进行了统计、分析、对比和分类,从而归纳出非晶硅太阳电池衰降的基本过程为光诱导效应引起的衰降,非晶硅膜局部薄弱点引起的衰降,环境引起的衰降和扩散引起的衰降。对这些过程的特征进行了分析和讨论.     

非晶硅太阳电池在反偏压下的光照特性

研究了温度循环和在反偏压下强光照对非晶硅太阳电池性能的影响。电池在90℃,4.5V反偏压下,经550mW/cm~2 的卤钨灯光照后,短路电流增加.光致衰降减小,长波响应改善.用内电场的变化进行了解释.     

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。     

非晶硅太阳电池因最大功率点分散引起的附加衰降

实验发现，小面积非晶硅电池经光照后，不仅转换效率下降，最大功率点也要发生移动。由非晶硅薄膜的不均匀性，各小面积电池的最大功率点的移动也不相同，引起最大功率点更加分散，因而给大面积电池带来额外的衰降。经过理论分析，计算了最大功率点分散造成的功率扣，提而估算了这种额外降的大上。结果表明，对一个单元的大面积电池，附加降并不太大；而对串联集成后的电池，附加衰降比较严重。对这个结果和所用的方法进行了讨论。     

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．     

线列式分室连续PECVD系统制备弱光非晶硅太阳电池的研究

从非晶硅太阳电池在弱光条件下工作机理的特点出发,研究了不同工艺条件对电池特性参数的影响,介绍了自主研制的先进的线列式分室连续PECVD系统及工艺技术,分析了在该设备上制造出的高质量弱光非晶硅太阳电池的性能.实验结果表明,该工艺技术能够有效提高太阳电池性能质量.     

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．     

a-Si:H/a-Si_(1-x):Ge_x:H PIN二重结太阳电池的设计与计算

本文根据a-Si材料的性能参数,计算了pin器件中的结电场分布ε(x)及其极小值ε_(min),求出在一定条件下的满足全收集的最佳(大)i层厚度,并在这个基础上较严格地计算了E_(g1)=1.9eV的a-Si:H和E_(g2)=1.5eV的a-Si:Ge:H两种材料的pin单结太阳电池及由它们组成的二重结器件的光伏特性,在条件相近的条件下,a-Si:Ge:H pin单结太阳电池的效率与Mitchell的实驻结果相当接近。我们的二重结计算结果与DMM在相近条件下估算的结果接近。     

a—si pin太阳电池势垒宽度和结电场分布的计算

本文采用自恰法及数字积分运算,对两种不同基体的Pin无定形硅太阳电池的势垒宽度和结电场分布做了计算。所得结果不仅与文献[1]所报导的结电场分布规律相一致,而且与文献[2]所报导的实验值很接近,这就为a—si太阳电池的最佳设计提供了一种新的计算方法。     

非晶硅低温氧化工艺的研究

利用具有强氧化作用的硝酸和硫酸混合液,对常温、常压下的非晶硅氧化过程进行了初步研究,获得了预期的结果。1 实验方法以C-Si(单晶硅)为衬底的a-Si片作为实验样片。实验前,先用HF:NH_4F:H_20=3:6:10的SiO_2腐蚀液清洗样片,以去除样片表面的自然氧化层。实验时,再将已清洗的样片放入盛装HNO_3:H_2SO_4=2:l混合液的磨口瓶中,并密封加盖以防酸液挥发。