（光学专业论文）硅基薄膜太阳电池的优化设计与模拟计算.pdf

内蒙古师范大学硕士学位论文 中文摘要 硅基薄膜太阳电池在降低成本方面比晶体硅太阳电池具有更大的 优势：制作工艺简单，耗材少；能沉积在廉价衬底上，适用于大面积生 产；而且容易与建筑材料相结合，构成光伏建筑一体化系统。所以，硅 基薄膜太阳电池引起国内外政府和研究机构的高度重视。 本论文主要利用一维光电子结构分析模型( a m p s 1 d ) 对硅基薄 膜太阳能电池进行优化设计和模拟研究。首先对p i 1 1 型非晶硅薄膜太 阳电池窗口层材料及本征层厚度进行了优化设计；然后对本征层带隙渐 变的微晶硅薄膜太阳能电池进行数学物理建模，模拟优化了渐变带隙结 构的太阳电池。最后对a - s i p c s i 非晶硅叠层太阳电池结构及工艺参数 进行了优化设计。主要的工作总结如下： ( 1 ) 模拟仿真了p i n 型非晶硅太阳电池不同窗口层材料对电池性能的 影响。首先对p 1 a c s i ：h 窗i ：1 层进行模拟优化，p i t c s i ：h 厚度为1 0 n m ， 迁移率带隙e 1 t = 1 6 e v 时电池性能最佳，获得了1 3 0 9 6 的高效率。插 入i - a s i c ：h 缓冲层，明显改善电池性能，得到1 3 2 3 9 的效率。然后对 p a - s i c ：h 窗口层进行模拟优化，p - a s i c ：h 厚度为1 0 n m ，掺杂浓度为 1 0 1 9 c m 2 时，电池性能较好，效率为1 1 2 3 3 。最后，对采用p p , c s i ：h 窗口层的非晶硅太阳电池i 层厚度进行了优化，当i 层厚度4 0 0 n m 时电 池的转换效率最高，达到1 3 2 5 1 。 ( 2 ) 结合相关实验数据，利用微晶硅带隙与材料晶相比的关系，对 p i n 型微晶硅薄膜太阳电池的i 层带隙渐变结构的总光生载流子产额、 载流子复合速率等参数进行模拟，并与普通的p i n 型微晶硅薄膜太阳电 池进行对比分析。结果表明，一方面带隙渐变结构增加了进入微晶硅i 层作为活性层的光吸收；另一方面渐变各层之间存在缺陷和复合中心， 影响载流子的收集。对于带隙递增型微晶硅( 1 a c s i ：h ) p i n 型薄膜太阳 电池，当i 层总厚度在1 2 1 a m 的时候，得到1 4 8 4 3 光电转化效率。 ( 3 ) 设计- a - s i ：h g c s i ：h 叠层结构太阳电池，优化了顶电池和底电池 的最佳本征层厚度。当顶电池和底电池本征层厚度分别为9 0 n m 和1 5 1 t m 内蒙古师范大学硕士学位论文 时，达到了最佳电流匹配。隧道结采用微晶硅材料，分别模拟计算y n p 结构和i l 卸结构隧道结的厚度、带隙宽度、掺杂浓度和缺陷态密度等参数 对电池性能的影响，得出最佳工艺参数。当n p 隧道结的厚度为2 5 n m ，带隙 为1 4 e v ，掺杂浓度为5 x 1 0 1 8 c m 3 ，缺陷态密度为3 x 1 0 1 8 c m 3 时， a s i ：h g c s i ：h 双结叠层电池的效率为1 0 8 7 ；而采用插入厚为5 n m ，缺陷 态密度为3 x 1 0 1 9 c m - 3 的i p c s i ：h 层的i l i p 结构隧道结时，a s i ：h 1 t c s i ：h 双 结叠层电池效率达到1 2 0 8 6 。 关键词：硅基薄膜；太阳电池；结构设计；渐变带隙；转换效率 内蒙古师范大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h i nf i l ms i l i c o ns o l a rc e l l sh a v eal o to fa d v a n t a g et h a nt h ec r y s t a l l i n e s i l i c o ns o l a rc e l l s ，s u c ha ss i m p l ef a b r i c a t i o n ，l e s sc o n s u m p t i o n m e a n w h i l e ， t h e y c a l lb e d e p o s i t e d o nc h e a ps u b s t r a t e sf o r l a r g e s c a l ep r o d u c t i o n f u r t h e r m o r e ，i t se a s yt oc o m b i n et h i nf i l ms i l i c o ns o l a rc e l l sw i t ht h eb u i l d i n g m a t e r i a l st oc o m p o s et h eb u i l d i n gi n t e g r a t e dp h o t o - v o l t a i c ( b i p v ) s y s t e m s o ，t h et h i n f i l ms i l i c o ns o l a rc e l lh a sd r a w ng r e a ta t t e n t i o no ft h e g o v e r n m e n t sa n dr e s e a r c hi n s t i t u t e sb o t h a th o m ea n da b r o a d t h i sp a p e rr e p o r t st h ep e r f o r m a n c e so ft h i nf i l ms i l i c o ns o l a rc e l l sw e r e s i m u l a t e db ym i c r o e l e c t r o n i c sa n dp h o t o n i cs t r u c t u r e s ( a m p s ) c o m p u t e r m o d e ld e v e l o p e da tp e n ns t a t eu n i v e r s i t y w es t u d i e dt h ei n f l u e n c eo f w i n d o wm a t e r i a l sf o ra m o r p h o u ss i l i c o nf i l ms o l a rc e l l s ，a l s ot h eo p t i m a l d e s i g no ft h ei n t r i n s i cl a y e rt h i c k n e s si s o b t a i n e d t h e nd e v e l o p e da m a t h e m a t i c a lp h y s i c a lm o d e l i n gf o rg r a d e db a n d g a pm i c r o c r y s t a l l i n es i l i c o n s o l a rc e l l s ，a n ds i m u l a t e dg r a d e db a n d - g a pm i c r o c r y s t a l l i n es i l i c o ns o l a rc e l l s f i n a l l y , a - s i 肛一s it a n d e ms o l a rc e l l so p t i m i z e dd e s i g no fc e l ls t r u c t u r ea n d f a b r i c a t i o np a r a m e t e ra r es t u d y e d t h em a j o rr e s e a r c hc a l lb eb r i e f e da s f o l l o w s ： ( 1 ) 1 1 1 ei n f l u e n c e so ft h ew i n d o wm a t e r i a l so nt h ep e r f o r m a n c eo fp i - n a m o r p h o u s ss i l i c o ns o l a rc e l l sa r es i m u l a t e d f i r s t ，t h ep t y p eh y d r o g e n a t e d m i c r o c r y s t a l l i n es i l i c o n ( p - 肛一s i ：h ) w i n d o wl a y e ra r es i m u l a t e d w h e nt h e t h i c k n e s so fp c - s i ：hpl a y e ri s10 n m ，t h em o b i l i t yb a n dg a p ( e di s1 6 e v , t h e p e r f o r m a n c e s o fs o l a rc e l l sw e r e o p t i m u m ，13 0 9 6 o fa c o n v e r s i o n e f f i c i e n c yh a sb e e na c h i e v e d t h ep e r f o r m a n c e s o fs o l a rc e l l si m p r o v e m a r k e d l ya si n s e r t i n ga ni - a s i c ：hb u f f e rl a y e r , 13 2 3 2 o fac o n v e r s i o n e f f i c i e n c yh a s b e e na c h i e v e d t h e n ，t h ep t y p eh y d r o g e n a t e da m o r p h o u s s i l i c o nc a r b i d e ( p a s i c ：h ) w i n d o wl a y e ra r es i m u l a t e d w h e nt h et h i c k n e s s o fa - s i c ：hpl a y e ri s10 n m ，t h ed o p i n gc o n c e n t r a t i o ni s10 1 9 c m 2 ，t h eb e t t e r p e r f o r m a n c e so fs o l a rc e l l sw e r eo b t a i n e d ，a n d1 1 2 3 3 o fac o n v e r s i o n 内蒙古师范大学硕士学位论文 e f f i c i e n c yh a sb e e na c h i e v e d f i n a l l y , t h ei n f l u e n c e so ft h et h i c k n e s so f i - l a y e ro nt h ep e r f o r m a n c eo fp - i - na m o r p h o u ss i l i c o ns o l a rc e l l sw i t h p g c s i ：hw i n d o wl a y e ra r es i m u l a t e d t h a ti s ，t h et h i c k n e s so fi - l a y e ri s a b o u t4 0 0 n m ，a n dt h ec o n v e r s i o ne f f i c i e n c yo fc e u si s13 2 51 ( 2 ) r e l a t e dt ot h eu s eo fe x p e r i m e n t a ld a t a ，u s i n gt h er e l a t i o n s h i p b e t w e e nm o b i l i t yg a pa n dc r y s t a l l i n ev o l u m ef r a c t i o no fm i c r o c r y s t a l l i n e s i l i c o n ，o nt o t a lp h o t o g e n e r a t e dc a r r i e r sg e n e r a t i o nr a t ea n dp h o t o g e n e r a t e d c a r r i e r sr e c o m b i n a t i o no fi n t r i n s i cl a y e rg r a d e db a n d - g a pm i c r o c r y s t a l l i n e s i l i c o ns o l a rc e l l s ，a n dc o m p a r i s o nf o rg e n e r a ls o l a rc e l l sa r ec a r r i e do u t o n t h eo n eh a n d ，t h es t r u c t u r eo fg r a d e db a n d - g a pi n c r e a s eo fm i c r o c r y s t a l l i n e s i l i c o ni - l a y e ri n t ot h ea c t i v el a y e ra sal i g h ta b s o r p t i o n ；o nt h eo t h e rh a n d ， t h e r ea r ed e f e c t sa n dr e c o m b i n a t i o nc e n t e r sb e t w e e na ng r a d e dl a y e r s ，a n d c o l l e c t i o no fc a r d e r sa r ei n f l u e n c e d f o rt h ei n c r e a s i n gb a n dg a p t y p eg c s i ： ht h i n - f i l ms o l a rc e l l s ，w h e ni - l a y e rt h et o t a lt h i c k n e s so f1 2 1 a m ，1 4 8 4 3 o f c o n v e r s i o ne f f i c i e n c yh a sb e e na c h i e v e d ( 3 ) t h es t r u c t u r eo f a s i ：h g c s i ：ht a n d e ms o l a rc e l l sw a sd e s i g n e d ，a n d t h et h i c k n e s so fm a y e ro ft o pa n db o t t o mc e l la r eo p t i m i z e d w h e nt h e t h i c k n e s so ft h ei n t r i n s i cl a y e ro ft o pa n db o t t o mc e l l sa r e9 0 n ma n d1 5p r o ， o p t i m a lc u r r e n t m a t c h i n gw a so b t a i n e d t u n n e l i n gr e c o m b i n a t i o nj u n c t i o n s a d o p tm i c r o c r y s t a l l i n es i l i c o n w es t u d i e dt h ei n f l u e n c eo ft h et h i c k n e s so f t u n n e l i n gr e c o m b i n a t i o nj u n c t i o n sw i t hn pa n dn i ps t r u c t u r e ，t h eb a n dg a p ， t h ed e f e c td e n s i t i e sa n dt h ed o p i n gc o n c e n t r a t i o ne t c o nt h eo p t o e l e c t r i c c h a r a c t e r i s t i c so ft h es o l a rc e l l s w h e nt h et h i c k n e s so fn p t u n n e l i n g r e c o m b i n a t i o nj u n c t i o n si s2 5 n m ，t h em o b i l i t yb a n dg a p ( e g ) i s1 4 e v , t h e d o p i n gc o n c e n t r a t i o ni s5 x l0 18 c m 一，t h ed e f e c td e n s i t i e si s3x10 18 c m 3 ，a n dt h e c o n v e r s i o ne f f i c i e n c yo fc e l l si s10 8 7 0 w h e nt h ei - g c - s i ：hl a y e rt h i c k n e s s o fi l i p t u n n e l i n gr e c o m b i n a t i o nj u n c t i o n si s5 n m ，t h ed e f e c td e n s i t i e si s 3 10 心c m - ) ，12 0 8 6 o fac o n v e r s i o ne f f i c i e n c yh a sb e e na c h i e v e d k e yw o r d s ：t h i nf i l ms i l i c o n ；s o l a rc e l l ；g r a d e d b a n d g a p ；s t r u c t u r e d e s i g n ；c o n v e r s i o ne f f i c i e n c y 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果，尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含本人为获得内蒙古师范大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。本人保证所呈交的论文不侵犯国家机密、商业秘 密及其他合法权益。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示感谢。 签名：轻墨、 日期： 驯口年月1 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解内蒙古师范大学有关保留、使用学位 论文的规定：内蒙古师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送 交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，并且本人电子文档的内容 和纸质论文的内容相一致。 。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名：撩乒导师签名：i 司缅卿 日期： 扫，o 年 多月 f 日 第一章概述 1 1 薄膜太阳电池发展现状 第一章概述 随着经济的发展，很多矿产资源的开发利用即将枯竭，寻找新能源成为当前人 类面临的迫切课题。由于太阳能发电具有火电、水电、核电所无法比拟的清洁性、 安全性、资源的广泛性和充足性等优点，太阳能被认为是二十一世纪最重要、最有 发展前景的能源。 太阳电池的美好未来被各国的政府、科研机构、大企业所看好，这极大的推动 了太阳电池的飞速发展。各国政府根据各自的具体情况，在发展太阳电池方面各有 侧重，制定了新的光伏计划。1 9 7 3 年，美国制定了政府级阳光发电计划，太阳能研 究经费大幅度增长，并且成立太阳能开发银行，促进太阳能产品的商业化。日本在 1 9 7 4 年公布了政府制定的“阳光计划”。此外，德国、印度和墨西哥等国家都有自 己的计划。我国在2 0 0 9 年3 月出台了“太阳能屋顶计划 ，2 0 0 9 年7 月2 1 日财政 部、科技部、国家能源局联合宣布在我国正式启动“金太阳 示范工程。2 0 0 9 年国 家出台的政策将推动国内太阳能发电市场发展，在我国政府强有力的政策引导下， 太阳能产业在我国得到了迅猛的发展，中国已成为仅次于日本和德国之后居世界第 三的光伏产品生产大国。 目前，太阳电池虽然仍以晶体硅为主，但薄膜电池成本低、效率高、适合规模 化生产，同时它既是一种高效能源产品，又是一种新型建筑材料，更容易与建筑完 美结合。在国际市场硅原材料持续紧张的背景下，薄膜太阳电池已成为国际光伏市 场发展的新趋势和新热点。 薄膜太阳能电池虽然早已出现，但由于光电转换效率低、衰减率( 光致衰退率) 较高等问题【i l ，前些年未引起业界的足够关注，市场占有率很低。随着其技术的不 断进步，光电转换效率得到迅速提高。虽然与晶体硅电池相比仍有很大差距，但其 用料少、工艺简单、能耗低，成本有一定优势，越来越被业界所接受。因此近几年 来薄膜太阳能电池产业得到较快发展。 m i c h a e lr o g o l 等人根据最近几年的发展情况对未来五年( 2 0 0 7 - 2 0 11 ) 薄膜 太阳电池发展做出了最新预测i 2 j ( s o l a ra n n u a l2 0 0 7 ) ，如表1 1 所示。从预测中可 以看出，薄膜电池产量逐年增加，2 0 0 7 年薄膜太阳能电池产量达到3 5 0 m w ，较0 6 内蒙古师范大学硕士学位论文 年的1 9 1 1 椰大幅增长了8 3 ，2 0 0 7 年薄膜太阳能电池市占率由2 0 0 6 年的7 4 6 提升 至2 0 0 7 年的1 0 。而到2 0 1 0 年可达到2 o g w p ，占当年的1 3 2 5 。在薄膜太阳电池 通过电池转换效率进一步提升以及大面积生产的成本优势，其市占率有进一步提升 空间。与此相应，继太阳能组件热、多晶硅热之后，薄膜电池又成为国内光伏领域 新的投资热点。 与晶体硅电池相比，薄膜电池的成本下降潜力要大得多，这主要得益于薄膜电 池的技术进步日新月异。目前已经能进行产业化大规模生产的薄膜电池主要有3 种： 硅基薄膜太阳电池、铜铟镓硒薄膜太阳电池( c i g s ) 、碲化镉薄膜太阳电池( c d t e ) 。 然而，从表1 2 中可以看出，以a - s i ：h 和i c - s i ：h 为代表的硅基薄膜电池占据着薄 膜电池产业的主导地位，2 0 0 7 年达到2 7 0m w p ，占总量的7 7 。这主要得益于硅基 薄膜的原料丰富、工艺简单、技术成熟等优势。因此可以说，硅基薄膜太阳电池是 未来最有发展前景的太阳电池。 表卜1 未来五薄膜电池的预测( s o l a ra n n u a l2 0 0 7 ) 年份 2 0 0 62 0 0 72 0 0 82 0 0 92 0 1 02 0 l l 太阳电池产量g w ； 2 64 o 6 1l o 21 5 1 2 0 5 薄膜电池产量( 预测) o 51 11 52 02 6 馍嗣 o 1 9 l0 3 5 薄膜电池( 预测) 1 2 51 8 0 31 4 71 3 2 51 2 6 8 ( 实际) 7 4 6 8 7 5 ( 1 0 ) 表1 - 2 2 0 0 1 - 2 0 0 7 年世界薄膜电池产量的增长情况，m w p 眩1 薄膜电池 2 0 0 12 0 0 22 0 0 32 0 0 42 0 0 52 0 0 62 0 0 7 a - s i ，眇- s i 3 3 6 82 8 0 l4 0 5 4 7 88 4 1 4 72 7 0 c i g s0 7o 30 53 6246 c d t e1 5 31 621 3 22 14 07 4 合计3 5 9 l2 9 9 14 36 4 61 0 71 9 l 3 5 0 ( 4 0 0 ) 市场份额 9 65 5 75 7 65 3 85 9 77 4 6 8 7 5 ( 1 2 第一章概述 1 2 硅基薄膜太阳电池研究进展 硅基薄膜太阳电池在降低成本方面比晶体硅太阳电池具有更大的优势：一是薄膜 化可极大地节省昂贵的半导体材料：二是薄膜电池的材料制备和电池同时形成，因此 节省了许多工序。自2 0 世纪7 0 年代以来，硅基薄膜太阳电池在研究和开发应用两个方 面均取得了长足的进展。到目前为止，硅基薄膜太阳电池【3 】主要有非晶硅( a - s i ：h ) 薄 膜太阳电池、微晶硅( i t c s i ：h ) 薄膜太阳电池、多晶硅( p o l y - s i ) 薄膜太阳电池、纳米 硅( n a - s i ：i - i ) 薄膜太阳电池，以及它们相互组合成的叠层电池。下面重点介绍非晶硅 ( a - s i ：h ) 、微晶硅( 1 t c - s i ：h ) 以及它们组合成的叠层太阳电池。 1 2 1a s i ：h 薄膜太阳电池 与单晶硅相比，非晶硅薄膜是一种极有希望大幅度降低太阳电池成本的材料。非 晶硅薄膜太阳能电池具有诸多优点使之成为一种优良的光电薄膜光伏器件而倍受关 注。( 1 ) 非晶硅的光吸收系数大，因而作为太阳能电池时，耗材少( 活性层厚度小于 1 1 t m ) ；( 2 ) 相对于单晶硅，非晶硅薄膜太阳电池制造工艺简单，制造过程能量消耗低( 约 2 0 0 c ) ；( 3 ) 可实现大面积和连续生产；( 4 ) 可以采用玻璃、不锈钢或塑料等材料作为 衬底，因而容易降低成本；( 5 ) 可以做成叠层结构，提高效率。自1 9 7 6 年美国的c a r l s o n 和w r o n s k i 制各出第一个非晶硅太阳能电池以来【4 j ，非晶硅太阳电池就成为世界各国 太阳电池的研究重点。非晶硅太阳电池由于经济上的优势使之在整个太阳电池领域中 的地位正在迅速升高，成为一些发达国家能源计划的重点。 非晶硅薄膜主要由气相沉积法制备。目前，普遍采用的是等离子增强化学气相 沉积法( p e c v 0 ) 。在p e c v d 法沉积非晶硅薄膜的方法中，一般原料气采用s i l l 4 和 h 2 ，在沉积过程中，加入b 2h 5 或p h 3 可实现掺杂。s i h 4 在低温等离子体的作用下 分解产生a - s i 薄膜。其光电转换效率已从1 9 7 6 年的1 2 提高到稳定的1 2 1 4 1 s 。其中面积为1 0t i l lx 1 0c m 电池的转换效率为1 0 6 【6 1 。目前a 。s i 单结太 阳能电池的转换效率超过1 3 1 7 1 。s a n y o 公司研制出一种新型的h i t 电池，在这种 电池结构中，非晶硅沉积在绒面单晶硅片的两面上，该电池效率可达2 1 2 ，大规 模工业化生产时效率可达1 8 5 t 酊，尽管该结构的电池效率得到大幅度的提高，但成 本仍然较高。 1 2 2p c s i ：h 薄膜太阳电池 由非晶硅材料微结构的亚稳态属性导致的非晶硅电池效率的光致衰退( s - w 效应) 3 内蒙古师范大学硕士学位论文 至今无法解决，为了获得高效率、高稳定性的硅基薄膜大阳电池，近年来出现了微晶硅 ( 岬s i ：1 4 ) 薄膜电池。一般认为，氢化微晶硅薄膜( 肛一s i ：h ) 是由微晶粒、晶粒边界、 微空洞和非晶硅共存的复相材料【9 】。微晶硅最重要的特性是其微结构，其中包括晶化 率、结晶择优取向、晶粒大小、组分的键合状况、各组分的空间分布等。在有利于形 成高晶化率的沉积条件下，形成的微晶硅薄膜带有柱状晶粒( 如图1 1 所示) 。晶粒在 靠近薄膜和衬底之间界面附近晶核中心开始生长。在晶核中心之间竞相生长中剩余晶 粒的直径逐渐变大，最终在靠近衬底表面处形成圆锥状的晶粒。这些晶粒之间填充了 非晶硅空隙，而这主要依赖于沉积条件和衬底。无序组织以晶粒边界存在于柱状晶粒 之间，因此非晶含量较低。柱状晶粒的直径取决于沉积条件，并随着等离子激发频率 的升高而增大。 微晶硅( p c _ s i ：h ) 薄膜材料具有单晶硅高稳定、非晶硅节省材料、制备工艺简单、 低温( 、 - c 一 c w a v e l e n g t hi n m 】 图1 - 2 非晶硅和微晶硅材料光谱吸收范围( a m l 5 ) 【2 研 1 3 本学位论文的主要内容 太阳电池的性能强烈依赖于电池的制备设备、工艺和结构，所以人们对它们进 行了广泛的研究。通过优化沉积工艺和电池结构来改善电池的效率和稳定性，实现 电池的优化生长，可以为高性能硅基薄膜太阳能电池的研究和生产提供理论基础和 工艺技术参考，以及一些具体的研究方法，具有重要的现实意义。 本论文首先对硅基薄膜太阳电池物理建模，利用a m p s - 1 d 模拟计算软件，对单 结非晶硅太阳电池、微晶硅渐变带隙太阳电池和非晶硅微晶硅两结叠层太阳电池 的结构和各项光电特性进行了理论模拟分析。获得了最佳的结构设计和最优的制各 工艺参数。 本论文研究的主要内容可总结如下： ( 1 ) 非晶硅薄膜p i n 单结太阳电池、本征层带隙渐变微晶硅太阳电池和非晶硅 微晶硅叠层太阳电池物理模型的建立。 ( 2 ) 模拟分析了p i x c s i ：h 窗口层厚度、带隙宽度及p i 界面能带失配对非晶硅薄 膜太阳电池性能的影响；对p - a - s i c ：h 窗口层厚度及掺杂浓度进行模拟优化；非晶 硅薄膜p i n 单结太阳能电池本征层厚度的优化设计。 6 第一章概述 ( 3 ) 采用已有的实验数据对本征层带隙渐变的p i n 型微晶硅薄膜太阳电池的特性 进行模拟，并对模拟结果进行理论分析。为进步发展渐变带隙薄膜太阳电池的实 验提供了理论依据。 ( 4 ) 对a - s v p c - s i 两结叠层电池顶电池和底电池i 层厚度进行优化；对a - s i # m s i 两结叠层电池隧道结结构设计。为实验制备提供理论指导。 参考文献 【l 】何宇亮，陈光华，张仿清非晶态半导体物理学【m 】北京：高等教育出版社，1 9 8 9 【2 】赵玉文，我国光伏产业发展概括及思考【j 】，第十届中国太阳能光伏会议论文集，2 0 0 8 ：3 1 7 【3 】邹红叶，硅薄膜太阳能电池的原理及其应用【j 】物理通报2 0 0 9 ，5 【4 c a r l s o nd ea n dw r o n s k ic & a m o r p h o u ss i l i c o n s o l a rc e l l j 】a p p lv h y sl e t t ，19 7 6 ，2 8 ：6 7 1 - 6 7 3 5 王育伟薄膜太阳电池的最新进展 j 半导体光电，2 0 0 8 ，2 9 ( 2 ) ：1 5 1 1 5 7 6 钟迪生硅薄膜太阳电池研究的进展 j 应用光学2 0 0 1 ，2 2 ( 3 ) ：3 4 2 3 7 【7 a s h i da y e ta l ，s i n g l ej u n c t i o na 2 s is o l a rc e l l s 、) l ，i t l lo v e r l3 【j 】s o l a rm a t e r i a l sa n ds o l a r c d l s ，19 9 4 ，3 4 ：2 9 1 3 0 2 8 m a k o t ot ，e ta 1 h i c e l l s h i g he f c i e n c yc r y s t a l l i n es ic e l l sw i t hn o v e ls t r u c t u r e w c p e c 3 a b s t r a c t sf o rt h et e c h n i c a lp r o g r a m c ，2 0 0 3 ，o s a k a ，j a p a n 【9 c h a nk y e ta l ，i n f l u e n c eo fc r y s t a l l i n ev o l u m ef r a c t i o no nt h e p e r f o r m a n c e o fh i 曲m o b i l i t y m i c r o e r y s t a l l i n es i l i c o nt h i n f i l mt r a n s i s t o r s j o u r n a lo fn o n - c r y s t a l l i n es o l i d s ，2 0 0 8 ，3 5 4 ：2 5 0 5 2 5 0 8 【10 】w a n gy e ta 1 s t a b i l i t yo fm i c r o c r y s t a l l i n es i l i c o ns o l a rc e l l sw i t hh w c v db u f f e rl a y e r j t h i n s o l i df i l m s ，2 0 0 8 ，516 ：7 3 3 - 7 3 5 【l1 】王岩等相变域硅薄膜材料的光稳定性【j 】物理学报，2 0 0 6 ，5 5 ( 2 ) ：9 4 7 9 5 1 【12 v e p r e ksa n dm a r e c e kv t h ep r e p a r a t i o no ft h i nl a y e r so fg ea n ds ib yc h e m i c a lh y d r o g e n 7 内蒙古师范大学硕士学位论文 p l a s m at r a n s p o r t p s o l i ds t a t ee l e c l r o n i c s ，1 9 6 8 ，11 ( 7 ) ：6 8 3 - 6 8 4 【13 m e i e rl o ta 1 c o m p l e t em i c r o c r y s t a l l i n ep - i , 咀s o l a rc e l l s - c r y s t a l l i n eo ra m o r p h o u sc e l l b e h a v i o r j a p p l p h y s l e t t ，1 9 9 4 ，6 5 ( 7 ) ：8 6 0 8 6 2 【1 4 m a iye ta 1 i m p r o v e m e n to fo p e nc i r c u i tv o l t a g ei nm i c r o c r y s t a l l i n es i l i c o ns o l a rc e l l su s i n gh o t w i r eb u f f e rl a y e r s j o u r n a lo f n o n - c r y s t a l l i n es o l i d s j ，2 0 0 6 ，, 3 5 2 ( 9 - 2 0 ) ：18 5 9 18 6 2 【1 5 f i n g e rf , e ta 1 h i g he f f i c i e n c ym i c r o c r y s t a l l i n es i l i c o ns o l a rc e l l sw i t hh o t - w i r ec v db u f f e rl a y e r 【j 】t h i ns o l i df i l m s516 ( 2 0 0 8 ) 7 2 _ 7 3 2 【l6 】朱锋等p 型微晶硅材料及在薄膜太阳电池上的应用啊功能材料与器件学 报, 2 0 0 5 ，l1 ( 4 ) 4 2 3 - 4 2 6 【1 7 i t 光红等单室沉积本征微晶硅薄膜及其在电池中的应用【j 】光电子激光2 0 0 92 0 ( 5 ) ：6 3 7 - 6 4 1 【1 8 】张晓丹等提高微晶硅薄膜太阳电池效率的研究【j 】物理学报，2 0 0 6 , , 5 5 ( 1 2 ) 6 6 9 7 6 7 0 0 【1 9 】韩晓艳等高速沉积本征微晶硅的优化及其在太阳电池中的应用【j 】物理学报， 2 0 0 9 ，5 8 ( 6 ) ：4 2 5 4 - 4 2 5 9 1 1 2 0 p l a t zr ，e ta 1 h i g ht sa m o r p h o u st o pc e l l sf o ri n c r e a s e dt o pc e l lc u r r e n tsi nm i c r o m o r p ht a n d e m c e l l s j s o l a re n e r g ym a t e r i a l sa n ds o l a rc e l l s ，1 9 9 8 , 5 3 ( 1 - 2 ) ：1 1 3 21 m e i e rj ，e ta 1 m i c r o c r y s t a l l i n e m i c r o m o r p hs i l i c o nt h i n f i l ms o l a rc e l l sp r e p a r e db yv h f - g d t e c h n i q u e j s o l a re n e r g ym a t e r i a l sa n ds o l a rc e l l s ，2 0 0 1 ，6 6 ( 1 ) ：7 3 8 4 【2 2 】林鸿生，林罡，段开敏a s i i ic s i 叠层结构太阳能电池中的光诱导性能衰退阴固体电子 学研究与进展，2 0 0 0 ，2 0 ( 8 ) ：3 1 3 - 3 1 7 f 2 3 s t o l kr ，l ，e ta 1 i m p r o v e m e n to ft h ee f f i c i e n c yo ft r i p l ej u n c t i o nn _ 脚is o l a rc e l l sw i t h h o t - w i r e c v dp r o t o - a n dm i e r o c r y s t a l l i n es i l i c o na b s o r b e rl a y e r s j t h i ns o f i df i l m s516 ( 2 0 0 8 ) 7 3 6 - - 7 3 9 2 4 l i uy r a t hj ks c h r o p pr e i d e v e l o p m e n to fm i c r o m o r p ht a n d e ms o l a rc e l l so nf o i ld e p o s i t e d b yv h f - p e c v d j s u r f a c e & c o a t i n g st e c h n o l o g y , 2 0 0 7 2 0 1 ：9 3 3 0 - 9 3 3 3 2 5 m a r t i na g r e e ne ta 1 s o l a rc e l le f f i c i e n c yt a b l e s ( v e r s i o n2 9 ) j 】p r o g p h o t o v o l t ：r e s 。a p p l 2 0 0 7 ，15 ：3 5 4 0 【2 6 】薛俊明等，薄膜非晶硅微晶硅叠层太阳电池的研究【j 】，太阳能学报，2 0 0 5 , 2 6 ( 2 ) ：1 6 6 1 6 9 1 2 7 w r o n s k i c r ，v o n r o e d e m b ，k o l o d z i e j a t h i n - f i l m s i ：h - b a s e d s o l a r c e l l s j v a c u u m ，2 0 0 8 ，8 2 ：11 4 5 1 1 5 0 【2 8 d r o zc t h i nf i l mm i c r o e r y s t a l l i n es i l i c o nl a y e r sa n ds o l a rc e l l s ：m i c r o s t r n c t u r ea n de l e c t r i c a l p e r f o r m a n c e s d s w i t z e r l a n d ：u n i v e r s i t yo f n e u c h a t e l ，, 2 0 0 3 8 第二章太阳电池的原理 第二章太阳电池的原理 2 i 半导体材料的光吸收 当光照射在物体上时，光能的一部分可以被物体吸收。随着物体厚度的增加， 光的吸收也增加。如果入射光的能量为i o ，扣除反射后，在离表面距离x 处，物体 吸收的能量为【1 】 i = i o o - r ) e 一甜 ( 2 - 1 ) 式中，r 为反射率。a 为物体的吸收