Si/PEDOT:PSS异质结IBC太阳电池性能模拟与分析
发布时间：2021-12-11 01:35
导电聚合物聚（3,4-乙撑二氧噻吩）:聚苯乙烯磺酸（poly（3,4-ethylenedioxythiophene）:poly（styrenesulfonate）,PEDOT:PSS）制备工艺简单,电导率高,功函数可调,呈类P型半导体特性。Si/PEDOT:PSS异质结叉指型背接触（interdigitated back contact）太阳电池结合了晶体硅优异的电学性能和有机聚合物基于溶液法的低温制备工艺,避免了前表面电极的遮光损失,是高效率低成本太阳电池的发展方向之一。目前,该太阳电池的研究仍处于起步阶段,合理的太阳电池结构参数是获得高转换效率的前提和基础。本文在介绍太阳电池基本原理和异质结相关理论的基础上,采用Silvaco-TCAD仿真软件建立Si/PEDOT:PSS异质结IBC太阳电池二维结构模型,在标准光照条件下对太阳电池的特性进行了仿真模拟。分析了 n型硅衬底参数、PEDOT:PSS层参数、背表面几何尺寸、背表面界面态密度和TiOx钝化层对Si/PEDOT:PSS异质结IBC太阳电池性能的影响。主要结果如下:（1）硅衬底厚度和掺杂浓度是影响太阳电池转换效率的重要因素之一。...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全球一次能源消耗走势图[2]
西安理工大学工程硕士专业学位论文2图1-2全球太阳能光伏装机总量走势及预测[1]Fig.1-2Trendandforecastofglobalsolarphotovoltaicinstalledcapacity.随着太阳电池效率的不断提升，光伏发电成本不断下降。但相较传统化石能源，仍然成本较高。2019年，国家发展改革委、国家能源局联合印发了《关于积极推进风电、光伏发电无补贴平价上网有关工作的通知》[4]，加快推进光伏发电平价上网。因此，提高转换效率和降低成本仍然是光伏技术发展的重要课题。晶体硅太阳电池是当今太阳电池产业的主流产品，效率较高且工艺成熟，占市场份额的90%以上[5]，但其制造工艺相对复杂，制造过程中涉及的热扩散、热退火等高温工艺耗能较大，导致制造成本高。因此，开发高效太阳电池及其低温、简单工艺对于进一步降低发电成本具有重要意义。1.2硅基太阳电池的发展概况1.2.1晶体硅同质结太阳电池硅的禁带宽度对应太阳光谱的较佳能量吸收范围，硅是性能优良的光伏材料。晶体硅太阳电池主要包括单晶太阳电池、多晶太阳电池。自1954年美国贝尔实验室的Pearson等研制出首个硅单晶太阳电池以来[6]，晶硅太阳电池转换效率迅速提升，依靠浅结扩散技术、栅线电极技术、铝背场技术[7]、制绒技术等[8]，80年代中期转换效率已达到17%。而目前商业化量产的单晶硅电池效率为21%-22%，多晶硅效率为18-20%[9]。转换效率的进一步提升主要得益于发射极和背面钝化电池(passivatedemittrandrearcell,PERC)技术。德国哈姆林太阳能研究所(InstituteforSolarEnergyResearchHamelin,ISFH)和弗劳恩霍夫研究所(FraunhoferISE)表示若采用更新的光伏技术可以使PERC晶体硅太阳电池效率达到24%以上[10]。这些技术包括钝化接触电极、更高纯度的硅片和更细的栅线(10μm)等。PERC单晶硅电池由新南威尔?
电池最高转换效率26.6%[14]，该电池面积为180.4cm2，开路电压744mV，短路电流密度42.3mA/cm2，填充因子83.8%。图1-3为HJ-IBC太阳电池的结构示意图。从图中可以观察到，同IBC太阳电池一样，HJ-IBC电池前表面无栅线，不必考虑栅线掩蔽效应造成的光损失和前表面金属电极的接触电阻过大的问题，将电极放在背表面，可以将栅线宽度增加以降低电极处的串联电阻。同时可最大限度优化前表面减反层和钝化性能。进而提高太阳电池短路电流密度。此外，本征非晶硅层的插入为前表面和背表面（非晶硅/硅界面）提供了良好的钝化效果[13]。图1-3HJ-IBC电池截面示意图[14]Fig.1-3Cross-sectionschematicimageoftheHJ-IBCcell.纵使HJ-IBC电池已非常接近理论极限效率31%[15]。然而，这种太阳电池也有很多缺点，如电池背面触点进行叉指图案化时需要复杂的工艺和极高的设备投资，阻碍了该太阳电池的进一步工业化。非晶硅在前表面作钝化层时，其固有的寄生光吸收使短路电流密度下降。这些问题促使人们寻求沉积工艺简单、价格低廉的材料以代替掺杂非晶硅薄膜。在HIT、HJ-IBC太阳电池中，pn结是通过p型非晶硅(p-a-Si:H)与n型硅衬底形成异质结实现的，p-a-Si:H/n-Si异质结具有较大的导带偏移和较小的价带偏移，因而能起到阻
【参考文献】：
博士论文
[1]PEDOT：PSS材料特性对PEDOT：PSS/n-Si杂化异质结太阳电池性能影响研究[D]. 祝炬烨.中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所) 2018
硕士论文
[1]PEDOT:PSS的掺杂和改性处理及其在有机太阳能电池中的应用[D]. 孟伟.华中科技大学 2017
本文编号：3533768
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全球一次能源消耗走势图[2]
西安理工大学工程硕士专业学位论文2图1-2全球太阳能光伏装机总量走势及预测[1]Fig.1-2Trendandforecastofglobalsolarphotovoltaicinstalledcapacity.随着太阳电池效率的不断提升，光伏发电成本不断下降。但相较传统化石能源，仍然成本较高。2019年，国家发展改革委、国家能源局联合印发了《关于积极推进风电、光伏发电无补贴平价上网有关工作的通知》[4]，加快推进光伏发电平价上网。因此，提高转换效率和降低成本仍然是光伏技术发展的重要课题。晶体硅太阳电池是当今太阳电池产业的主流产品，效率较高且工艺成熟，占市场份额的90%以上[5]，但其制造工艺相对复杂，制造过程中涉及的热扩散、热退火等高温工艺耗能较大，导致制造成本高。因此，开发高效太阳电池及其低温、简单工艺对于进一步降低发电成本具有重要意义。1.2硅基太阳电池的发展概况1.2.1晶体硅同质结太阳电池硅的禁带宽度对应太阳光谱的较佳能量吸收范围，硅是性能优良的光伏材料。晶体硅太阳电池主要包括单晶太阳电池、多晶太阳电池。自1954年美国贝尔实验室的Pearson等研制出首个硅单晶太阳电池以来[6]，晶硅太阳电池转换效率迅速提升，依靠浅结扩散技术、栅线电极技术、铝背场技术[7]、制绒技术等[8]，80年代中期转换效率已达到17%。而目前商业化量产的单晶硅电池效率为21%-22%，多晶硅效率为18-20%[9]。转换效率的进一步提升主要得益于发射极和背面钝化电池(passivatedemittrandrearcell,PERC)技术。德国哈姆林太阳能研究所(InstituteforSolarEnergyResearchHamelin,ISFH)和弗劳恩霍夫研究所(FraunhoferISE)表示若采用更新的光伏技术可以使PERC晶体硅太阳电池效率达到24%以上[10]。这些技术包括钝化接触电极、更高纯度的硅片和更细的栅线(10μm)等。PERC单晶硅电池由新南威尔?
电池最高转换效率26.6%[14]，该电池面积为180.4cm2，开路电压744mV，短路电流密度42.3mA/cm2，填充因子83.8%。图1-3为HJ-IBC太阳电池的结构示意图。从图中可以观察到，同IBC太阳电池一样，HJ-IBC电池前表面无栅线，不必考虑栅线掩蔽效应造成的光损失和前表面金属电极的接触电阻过大的问题，将电极放在背表面，可以将栅线宽度增加以降低电极处的串联电阻。同时可最大限度优化前表面减反层和钝化性能。进而提高太阳电池短路电流密度。此外，本征非晶硅层的插入为前表面和背表面（非晶硅/硅界面）提供了良好的钝化效果[13]。图1-3HJ-IBC电池截面示意图[14]Fig.1-3Cross-sectionschematicimageoftheHJ-IBCcell.纵使HJ-IBC电池已非常接近理论极限效率31%[15]。然而，这种太阳电池也有很多缺点，如电池背面触点进行叉指图案化时需要复杂的工艺和极高的设备投资，阻碍了该太阳电池的进一步工业化。非晶硅在前表面作钝化层时，其固有的寄生光吸收使短路电流密度下降。这些问题促使人们寻求沉积工艺简单、价格低廉的材料以代替掺杂非晶硅薄膜。在HIT、HJ-IBC太阳电池中，pn结是通过p型非晶硅(p-a-Si:H)与n型硅衬底形成异质结实现的，p-a-Si:H/n-Si异质结具有较大的导带偏移和较小的价带偏移，因而能起到阻
【参考文献】：
博士论文
[1]PEDOT：PSS材料特性对PEDOT：PSS/n-Si杂化异质结太阳电池性能影响研究[D]. 祝炬烨.中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所) 2018
硕士论文
[1]PEDOT:PSS的掺杂和改性处理及其在有机太阳能电池中的应用[D]. 孟伟.华中科技大学 2017
本文编号：3533768
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