AMPS-1D軟件模擬設(shè)計P-Si/β-FeSi_2/N-Si三明治結(jié)構(gòu)薄膜太陽能電池

【摘要】：β-FeSi2是帶隙寬度為0.87eV的直接帶隙半導(dǎo)體,光吸收系數(shù)高達1×105cm-1,在太陽能電池方面有很高的潛在應(yīng)用價值。近十年來多個研究小組針對β-FeSi2/Si異質(zhì)結(jié)太陽能電池展開研究,但實驗報道最佳的β-FeSi2/Si薄膜太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率僅有3.7%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)達不到實際應(yīng)用的需求。因此,本文設(shè)計了一種P-Si/β-FeSi2/N-Si三層結(jié)構(gòu)的薄膜太陽能電池,并采用光電子器件模擬軟件—AMPS-ID進行模擬,研究器件結(jié)構(gòu),材料特性對光伏性能的影響。 本論文從器件基本結(jié)構(gòu)出發(fā),系統(tǒng)研究了β-FeSi2的厚度、缺陷態(tài)密度,P-Si與N-Si的摻雜濃度,界面態(tài)等參數(shù)對P-Si/β-FeSi2/N-Si三層結(jié)構(gòu)電池性能的影響。研究結(jié)果表明,最優(yōu)化的β-FeSi2厚度為300nm；在缺陷態(tài)密度低于1×1016cm-3eV-1時,三層結(jié)構(gòu)的開路電壓明顯高于兩層結(jié)構(gòu)。當(dāng)缺陷態(tài)密度高于1×10’6cm-3eV-1時,內(nèi)建電場將會嚴(yán)重削弱。這表明,控制減少缺陷態(tài)密度是實現(xiàn)三層結(jié)構(gòu)高效光伏性能的重要條件。此外,研究結(jié)果指出,增加兩側(cè)硅層摻雜濃度可以進一步減小界面勢壘的高度和寬度,有助于光生載流子隧穿通過界面,并降低載流子在界面的復(fù)合。 此外,本論文綜合比較了P-Si/β-FeSi2/N-Si三層結(jié)構(gòu),β-FeSi2/Si,以及硅太陽能電池三種不同結(jié)構(gòu)的光伏特性。結(jié)果指出,β-FeSi2高的光吸收系數(shù)在電池中具有明顯優(yōu)勢,P-Si/β-FeSi2/N-Si三層結(jié)構(gòu)在厚度僅為單晶硅5%的條件下得到了與單晶硅太陽能電池相當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換效率,而且三層結(jié)構(gòu)效率明顯高于β-FeSi2/Si異質(zhì)結(jié)。 本論文設(shè)計的新型P-Si/β-FeSi2/N-Si三層結(jié)構(gòu)薄膜太陽能電池具有超薄、高效率、低成本等優(yōu)勢,為發(fā)展新型太陽能電池提供了一種新的思路。 【關(guān)鍵詞】：β-FeSi_2 AMPS-1D 太陽能電池 HIT
【學(xué)位授予單位】：湖北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TM914.42
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-24
• 1.1 太陽能電池工作原理10
• 1.2 薄膜太陽能電池研究現(xiàn)狀10-20
• 1.2.1 非晶硅薄膜太陽能電池10-12
• 1.2.2 多晶硅薄膜太陽能電池12
• 1.2.3 銅銦硒(CIS)薄膜太陽能電池12-15
• 1.2.4 碲化鎘(CdTe)薄膜太陽能電池15-18
• 1.2.5 β-FeSi_2薄膜太陽能電池的研究現(xiàn)狀18-20
• 1.3 β-FeSi_2在其他領(lǐng)域的應(yīng)用20-21
• 1.4 β-FeSi_2薄膜常用的制備方法21-22
• 1.5 AMPS-1D軟件22-23
• 1.6 本課題研究的內(nèi)容及意義23-24
• 第二章 AMPS-1D軟件24-30
• 2.1 AMPS-1D軟件的計算原理24-25
• 2.2 AMPS-1D軟件的摻雜模型25-26
• 2.3 AMPS-1D軟件的缺陷模型26-28
• 2.4 AMPS-1D軟件的界面模型28-29
• 2.5 本章小結(jié)29-30
• 第三章 薄膜厚度和摻雜對器件性能的影響30-34
• 3.1 模擬設(shè)計的參數(shù)30-31
• 3.2 β-FeSi_2厚度對薄膜電池性能的影響31-32
• 3.3 P-Si與N-Si摻雜濃度對薄膜電池性能的影響32-33
• 3.4 本章小結(jié)33-34
• 第四章 缺陷對器件性能的影響34-38
• 4.1 模擬設(shè)計的參數(shù)34
• 4.2 模擬結(jié)果與討論34-37
• 4.2.1 兩種結(jié)構(gòu)的光電參數(shù)與缺陷態(tài)的關(guān)系34-36
• 4.2.2 三明治結(jié)構(gòu)電場分布與缺陷態(tài)的關(guān)系36-37
• 4.3 本章小結(jié)37-38
• 第五章 界面對器件性能的影響38-45
• 5.1 界面模擬參數(shù)的設(shè)計38-41
• 5.1.1 AMPS軟件的帶尾模型38
• 5.1.2 界面的缺陷態(tài)模型設(shè)計38-41
• 5.1.3 模擬設(shè)計參數(shù)表41
• 5.2 模擬結(jié)果與討論41-43
• 5.3 本章小結(jié)43-45
• 第六章 各種太陽能電池性能的比較45-48
• 6.1 模擬參數(shù)45-46
• 6.2 模擬結(jié)果比較46-47
• 6.3 本章小結(jié)47-48
• 結(jié)論48-49
• 參考文獻49-58
• 附錄58-59
• 致謝59

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