N型HBC太阳电池的性能仿真与结构优化

发布时间：2020-10-09 13:47

　　 N型异质结背接触(HBC)单晶硅太阳电池兼具异质结(HIT)和背接触(IBC)两种电池的优点,可获得高的开路电压和大的短路电流,是未来N型高效太阳电池的发展方向之一。目前HBC太阳电池还未实现大规模的产业化,一方面电池复杂和严格的制造工艺有待提升,另一方面需要通过优化电池结构来提高转换效率。本文在介绍单晶硅太阳电池工作原理和异质结相关理论的基础上,利用Silvaco-TCAD仿真软件建立了HBC太阳电池的二维结构模型,在标准光照条件下对HBC电池的特性进行了仿真模拟。分析了N型单晶硅衬底参数、前表面和背表面的结构参数以及异质结界面态密度对HBC电池输出性能的影响。主要结果如下:衬底掺杂浓度一定时,衬底厚度增加,光吸收量增加,电池短路电流增大,但载流子的复合增加,开路电压下降,仅从电池转换效率角度考虑,衬底厚度在120—160μm之间时转换效率最高。衬底厚度一定时,掺杂浓度增加,串联电阻减小,填充因子提高,掺杂浓度在3×1016cm-3左右时,电池转换效率最高。前表面重掺杂的n+非晶硅与衬底之间可形成良好的场钝化,但非晶硅掺杂浓度超过1X 1019cm-3时,由于强电场的作用导致衬底前表面的电子被吸引至非晶硅层复合,电池转换效率下降,当掺杂浓度在4×1018-1×1019cm-3之间时电池转换效率较高。由于前表面存在光吸收损失,n+非晶硅层应不超过5nm。当电池单元个数不变、总宽度一定且间隔区宽度固定时,发射极宽度增加,空穴的输运距离变短,收集概率增大,短路电流增大,但背表面场宽度减小,电池的填充因子降低,当发射极宽度在700μm左右、背面场宽度在1OOμm左右时,电池转换效率效率最高。另外,p型非晶硅掺杂浓度应大于1 × 1019cm-3,背表面n型非晶硅掺杂浓度应大于5 × 1019cm-3。异质结界面态密度是前表面载流子复合的因素之一,模拟结果表明前表面界面态密度应低于1×1012cm-2eV-1,背表面界面态密度应低于1×1011cm-2eV-1。在综合分析了模拟结果的基础上,总结了电池结构的取值参数,初步确定了电池结构的优化参数,仿真结果表明短路电流密度为38.8mA/cm2、开路电压为744.6mV、填充因子为84.8、转换效率为24.5%。
【学位单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM914.4
【部分图文】：

太阳电池,结构示意图,电池

图 1-3 PERC 太阳电池结构示意图[6]Figure1-3 Structure diagram of PERC solar cell.化发射极及背面太阳电池）最早起源于т世 Martin Green 教授提出，并在 1989 年首次公验室效率达到了 22.8%。在此结构的基础т，进优化，采用了氧化硅`对电池片进行背面钝化了 24.9%[7]。2006 年，用于对 P 型 PERC 电池引起大家重视，使得 PERC 电池的产业化成为和设备的成熟，加т激光刻蚀技术的引入，术在设备和原材料等方面已经日渐成熟，但是C 电池仍存在光致衰减的问题[9]。主要体现为C 电池的光致衰减单晶太阳电池，单晶 PERC 电池的光致衰减问

结构图,太阳电池,结构图,电池

图 1-4 HIT 太阳电池结构图[10]Figure1-4 Structure diagram of HIT solar cell.造工艺分析，HIT 电池具有以н特点：① 结构，HIT 电池由于结构对称减少了电池制备过程中封装成双面组件，正反面均可吸收光照发电，HIT 电池的 p-n 结是由单晶硅和非晶硅薄膜构温度（<200℃）。④ 开路电压高。HIT 电池由于了层较薄的本征非晶硅薄膜，使得异质结界面路电压比常规电池高。⑤ 温度特性好。HIT 电电池要好，其温度特性也更好，改进后 HIT 电数的半。纪 90 年代初开始研发非晶硅/单晶硅异质结太IT 太阳电池[12]。1997 年，с洋公司开始量产 H效率超过了17%。2003年，с洋将HIT 电池的量在保持电池效率稳定的情况н，通过减小衬底

结构图,太阳电池,结构图,电池

绪论BC 太阳电池触（IBC）太阳电池最早是在 20 世纪 70 年代由 Schwartz 和 Lamme池的 p-n 结和金属电极全部以叉指形状置于电池背面，属于背结背接构如图 1-5 所示，该电池以 n 型单晶硅为衬底，正面没有电极遮光，增加减反射层来提高电池对光的吸收。电池前后表面采用 SiO2钝化复合损失。前表面用 n+硅形成 FSF，背面电极通过 SiO2层中的接触。

【参考文献】