疊層電池總結(jié)

1、疊層太陽(yáng)能電池小結(jié)疊層太陽(yáng)能電池小結(jié)1疊層電池概述疊層電池概述由于太陽(yáng)光光譜中的能量分布較寬，現(xiàn)有的任何一種半導(dǎo)體材料都只能吸收其中能量比其能隙值高的光子。太陽(yáng)光中能量較小的光子將透過(guò)電池，被背電極金屬吸收轉(zhuǎn)變成熱能；高能光子超出能隙寬度的多余能量，則通過(guò)光生載流子的能量熱釋作用傳給電池材料本身的點(diǎn)陣原子使材料本身發(fā)熱。這些能量都不能通過(guò)光生載流子傳給負(fù)載，變成有效的電能。因此單結(jié)太陽(yáng)能電池的理論轉(zhuǎn)換效率的一般較低。太陽(yáng)光光譜可以被分成

2、連續(xù)的若干部分，用能帶寬度與這些部分有最好匹配的材料做成電池，并按能隙從大到小的順序從外向里疊合起來(lái)，讓波長(zhǎng)最短的光被最外邊的寬隙材料電池利用，波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光能夠透射進(jìn)去讓較窄能隙材料電池利用，這就有可能最大限度地將光能變成電能，這樣的電池結(jié)構(gòu)就是疊層電池，可以大大提高性能和穩(wěn)定性。疊層aSi:H太陽(yáng)電池能提高效率、解決單結(jié)電池存在的穩(wěn)定性問(wèn)題的原因在于：（1）疊層電池把不同禁帶寬度的材料組合在一起，加寬了光譜響應(yīng)的范圍。（2）頂電池的i

3、層較薄（2000108cm），以致光照后產(chǎn)生的空間電荷對(duì)i層電場(chǎng)的調(diào)制已不明顯，i層中電場(chǎng)強(qiáng)度分布變化不大，仍是高場(chǎng)區(qū)，有源區(qū)上的這種高電場(chǎng)顯然足以把i層中的光生載流子有效抽出，從而阻止光致衰退的發(fā)生。（3）底電池產(chǎn)生的光生載流子約為單結(jié)電池的一半，底電池的光致衰退效應(yīng)較小。雙結(jié)疊層電池通常由寬禁帶帶隙的頂電池、隧道結(jié)和窄帶帶隙的底電池三部分依次串聯(lián)而成。為了獲得盡可能高的光電轉(zhuǎn)換效率，疊層電池應(yīng)滿(mǎn)足材料晶格匹配、禁帶寬度組合合理和頂?shù)?/p>

4、子電池電流匹配等基本要求。疊層電池電流密度一般不同，頂?shù)纂姵氐碾娏魇鋾?huì)使電池性能大受影響。設(shè)法獲取電池匹配的結(jié)構(gòu)是保證疊層電池具有良好性能的重要一環(huán)。疊層太陽(yáng)能電池的制備可以通過(guò)兩種方式得到：一種是機(jī)械堆疊法，先制備出兩個(gè)獨(dú)立的太陽(yáng)能電池，一個(gè)是高帶寬的作為頂電池，一個(gè)則是低帶寬的作為底電池。然后把高帶寬的堆疊在低帶寬的電池上面。另一種是一體化的方法，先制備出一個(gè)完整的太陽(yáng)能電池，再在第一層電池上生長(zhǎng)或直接沉積在第一層電池上面。典型疊

5、層電池的結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1薄膜非晶微晶疊層電池結(jié)構(gòu)2疊層電池的隧道結(jié)疊層電池的隧道結(jié)作為有效地互連兩個(gè)子電池的過(guò)渡結(jié)，隧道結(jié)應(yīng)具有高透光率、阻抗小（重?fù)诫s）的特點(diǎn)，且其晶格常量和熱膨脹系數(shù)與上下層也要求匹配。隧穿結(jié)厚度包括非晶頂電池N層的厚度和微晶底電池P層的厚度。在疊層電池p1i1n1p2i2n2結(jié)構(gòu)中，n1p2結(jié)特性的好壞對(duì)電池特性參數(shù)Voc、Isc、FF均有重要影響。因?yàn)閚1p2結(jié)相對(duì)器件內(nèi)建場(chǎng)為反偏結(jié)，任何寄生勢(shì)壘都將（5）0

6、221211()()[exp()2exp()][exp()exp()]fchchffchchchcheegdg???????????????????????????等式中εch1和εch2分別為施主態(tài)和受主態(tài)的特征能量，εf為aSi:H材料的費(fèi)米能級(jí)。通過(guò)對(duì)上面兩式的求解可以得出下面的關(guān)系式：（6）1220212012121212()()[exp()exp()][exp()exp()]chchrchchffchchchchgeVeVeV

7、C??????????????????????其中，C為積分常數(shù)，若假定本征層內(nèi)電荷總量為0，即：（7）00000()()0ddrrddEdxdxEEdx????????????這里假定本征層厚度為d，并令VdV0=Vb(在計(jì)算中我們?nèi)b=1.2V)，便可以通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)上面幾個(gè)式子進(jìn)行數(shù)值求解從而得出本征層內(nèi)電場(chǎng)和電位隨空間位置變化的分布曲線，如圖1：圖1(a)和(b)、圖2(a)和(b)中各曲線1~5分別代表著最小隙態(tài)密度gmin為

8、11015cm3eV，31015cm3eV，11016cm3eV，31016cm3eV，11017cm3eV的情況。從圖1(a)和(b)上可以看到，隨著最小隙態(tài)密度的增大，最小場(chǎng)值迅速減小。另外也可以看到，在本征層很大范圍內(nèi)場(chǎng)值變化非常緩慢，可以用最小場(chǎng)值Emin來(lái)近似整個(gè)本征層的電場(chǎng)，這一關(guān)系在gmin較小時(shí)更為明顯。圖2(a)給出最小場(chǎng)值與本征層厚度關(guān)系，從圖2(a)可以看到，對(duì)于一定材料的禁帶寬度，隨著電池本征層厚度的增加，結(jié)內(nèi)最

9、小電場(chǎng)迅速減小，這將嚴(yán)重影響著電池的性能。但也不能將本征層做的太薄，那樣將影響到對(duì)光子的吸收。所以，對(duì)一定隙態(tài)密度，有一最大的本征層厚度，稱(chēng)為最佳厚度d0。為了使光生載流子得到最有效的吸收，最佳厚度和最小場(chǎng)值應(yīng)該滿(mǎn)足下列關(guān)系式：（8）0mindE???其中，μ是漂移遷移率，τ是載流子的平均壽命μτ值可以從實(shí)驗(yàn)中測(cè)得，非晶硅的μτ值大約為1108～4108cm2V1，在我們的計(jì)算中，μτ的取值為2108cm2V1。圖2(b)中各曲線和虛線