AFOR-HET非晶硅/晶硅异质结太阳能电池的仿真设计研究
毕业论文关键词 HIT太阳能电池 AFORS_HET 转换效率
Title Simulation approach for optimization of a-Si/c-Si heterojunction solar cells
Abstract In this paper, We use the German AFOR-HET software to achieve simulation and optimization of HIT solar cell. For P-type base, N-type base and the N-type base with BSF layer solar cells, the battery was simulated in different emission layer thickness, intrinsic layer thickness, substrate layer thickness and the BSF layer thickness and doping concentration case. The results show that, while mA/cm2 intaining the other parameters constant, compared to the P-type base, higher conversion efficiency can be obtained in N-type base cell. Meanwhile, when the emission layer, the intrinsic layer and the substrate layer affect battery performance by thickness, however, BSF layer affect the cell performance by its doping concentration rather than its thickness. Through the simulation and optimization of HIT cells, we ultimately get the conversion efficiency of N-type base solar cells with BSF layer reached 27.97%.
Keywords HIT heterojunction solar cell AFORS_HET Conversion efficiency
目次
1引言1
2工作原理及物理模型2
2.1太阳能电池工作基理2
2.2电池物理模型3
3模拟仿真数据分析与讨论4
3.1P型衬底材料与N型衬底材料4
3.2发射层厚度对电池性能的影响4
3.3本征层厚度对电池性能的影响5
3.4衬底层厚度对电池性能的影响7
3.5BSF层厚度与掺杂浓度对电池性能的影响9
4优化结果与总结11
4.1电池的I-V伏安特性曲线11
4.2优化后的电池性能参数12
结论13
致谢14
参考文献15
附录A仿真结构中各层层结构的主要参数17
1 引言 随着社会的发展，石油、煤炭传统化石能源被不断的开采使用。为了实现社会的可持续发展，为了减缓温室效应，各国已经开始减少化石燃料的使用，开启了重大的能源变革。现在最受重视的莫过于自然能源，包括太阳能、地热能、潮汐能、风能和生物质能等。太阳能由于其资源丰富、无需运输、无任何污染、无噪声等 优点，因而更受到人们的重视[1-3]。1994年，日本SANYO公司开发出了以 N型晶体硅为基底层，以 P 型非晶硅作为发射层的异质结太阳能电池，其电池的转换效率可达到 20%以上[4]。随后，许多研究人员开始研究基于半导体硅的异质结太阳能电池，可是由于传统的硅太阳能电池是以 P 型衬底为主，因此国际上的研究更多的倾向于 P 型衬底材料上。但是随着研究的进行，研究人员发现N型衬底的异质结太阳能电池能后得到更高的转换效率，因此目前对N型衬底电池的研究逐渐成为热点[5-8]。由于本征层的钝化作用，在传统的 HJ 异质结太阳能电池中加入本征 I层厚，可以得到效率更高的电池。我们将这种带有本征层的电池称作 HIT太阳能电池（Heterojunction with Intrinsic Thin layer） 。以 P 型衬底的电池为例，HIT 太阳能电池可以将传统 HJ 电池的转换效率提升一个百分点[9]。对于插入的本征层，其能隙宽度对电池的短路电流也有较大的影响[10]。除此之外，研究人员也将高掺杂浓度的衬底型材料作为背场层（Back Surface Field, BSF）来进一步改进电池的性能[11],任丙彦等人模拟的 a-Si/i-a-Si:H/c-Si/i-a-Si:H/n+ a-Si 具有背场的 HIT 太阳能电池的最高转换效率达 28.47%[12]。相对而言，具有 BSF 层的 P 型衬底的太阳能电池的效率就要低于 N 型衬底电池，只有 21.29%[13]。