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随着经济的不断发展和能源的日益枯竭,能源已经成为影响社会进步的重要因素。太阳电池是太阳能利用的主要工具,因此开发低成本、高光电转换效率的太阳电池已经成为光伏界面临的首要问题。非晶硅薄膜太阳电池具有制造简单、成本低、光电性能好等优点,不足之处是其存在光致衰退效应。本文根据太阳电池的工作原理以及能带和电学理论,采用AMPS-1D软件和AFORS-HET软件对硅基薄膜太阳电池和a-Si:H(p)/c-Si(n)异质结太阳电池进行结构上的优化研究,获得了适合该结构的材料参数。
首先,针对传统的单结PIN非晶硅薄膜太阳电池和PINPIN的a-Si:H/μc-Si叠层太阳电池中非晶硅的光致衰退效应以及叠层电池的电流匹配问题,提出了PIPIN结构和PININ结构的新型薄膜太阳电池结构,并通过理想非晶硅薄膜进行了模拟仿真验证。
其次,通过存在较大带隙态密度的非晶硅薄膜PININ太阳电池的研究,将设计结构应用于缺陷态较小的纳米硅和微晶硅薄膜太阳电池,理论模拟结果表明,对于这两种材料该结构具有很好的实现价值,并且从载流子的角度分析了该结构的可行性,采用该结构的纳米硅和微晶硅薄膜太阳电池的光电转换效率有明显提高。
最后,利用加背场和中间缓冲层的方法,对a-Si:H(p)/c-Si(n)异质结太阳电池进行了优化,得到了适合该结构的非晶硅薄膜背场和缓冲层的具体参数。
本文对硅基薄膜太阳电池和硅异质结太阳电池的结构设计和参数优化,为制备高转化效率的太阳电池奠定了基础。