1 中国科学院上海技术物理研究所，红外物理国家重点实验室，上海 200083
2 上海空间电源研究所，空间电源技术国家重点实验室，上海 200245
3 中国科学院大学，北京 100049
现有1.0 eV/0.75 eV InGaAsP/InGaAs双结太阳电池的开路电压小于各子电池的开路电压之和，鲜有研究探索开路电压损耗的来源以及如何抑制。通过研究发现，InGaAs底电池背场/基区界面处的少数载流子输运的主要机制是热离子发射，而不是缺陷诱导复合。SIMS测试表明，采用InP或InAlAs背场均不能有效抑制Zn掺杂剂的扩散。此外，由于生长过程中持续的高温热处理，III-V族主元素在界面处发生了热扩散。为了抑制上述现象，提出了一种新型InP/InAlAs超晶格背场，并应用到InGaAs底电池中。制备得到的双结太阳电池在维持短路电流密度不变的情况下，开路电压提升到997.5 mV，与传统采用InP背场的双结太阳电池相比，开路电压损耗降低了30 mV。该研究成果对提升四结太阳电池的整体开路电压有重要意义。
背场 InGaAsP/InGaAs双结电池 开路电压 超晶格 Back-surface field InGaAsP/InGaAs dual-junction open-circuit voltage superlattice
1 东北石油大学电子科学学院, 大庆 163318
2 黑龙江省高校校企共建测试计量技术及仪器仪表工程研发中心, 大庆 163318
设计了单层 MoS2(n)/a-Si(i)/c-Si(p)/μc-Si(p+) 异质结太阳能电池结构, 采用AFORS-HET模拟软件模拟了背场层的带隙、掺杂浓度和缺陷密度等参 数对开路电压、短路电流、填充因子和转化效率的影响。结果显示, 背场层带隙在 1.5~1.7 eV 之间, 背场层的掺杂浓度大于 1×1018 cm-3 时, 该结构的太 阳能电池有比较稳定的表现。缺陷密度增加时, 太阳能电池效率随着缺陷密度的对数线性减小, 当控制缺陷密度在1011 cm-3以下时, 可以获得大于24.10%的 转化效率, 缺陷密度为 109 cm-3时, 可以获得最高29.08%的转换效率。最后研究了背场层对该结构太阳能电池的作用, 结果显示有效控制缺陷密度时, 背场 层的添加对电池效率的提升很明显。
异质结太阳能电池 背场层 缺陷密度 AFORS-HET AFORS-HET heterojunction solar cell back-surface field layer defect density
1 南京航空航天大学机电学院, 江苏 南京 210016
2 盐城工学院机械工程学院, 江苏 盐城 224051
以重掺杂硼的纳米硅浆料为硼源,采用纳秒激光熔覆工艺,在钝化发射极及背接触(PERC)电池背面形成了重掺杂硼的硅熔覆层。通过建立三维瞬态温度场的有限元仿真模型,并利用单因素仿真实验,得到了激光工艺参数对温度场的影响规律,初步确定了各激光工艺参数的合理范围。利用极差分析获得了激光工艺参数与激光熔覆温度场分布的相互作用规律。将激光熔覆工艺兼容到PERC电池的制备实验中,结果表明:仿真模型与实验结果较为吻合,电池的平均光电转化效率提升了0.27%。
激光技术 激光熔覆 钝化发射极及背接触电池 背场 瞬态温度场 有限元法
HIT结构的a-Si∶H/c-Si异质结太阳能电池迎光面遮光损失大是限制其效率提升的瓶颈之一。设计并制备了银栅线/SiNx/c-Si(n+)/n-c-Si/a-Si∶H(i)/a-Si∶H(p+)/ITO/银栅线结构的双面太阳能电池。对制备的双面太阳能电池样品每一面的进光情况进行J-V、量子效率和Suns-Voc测试分析。研究结果表明, 该结构太阳能电池采用背结结构入光可获得比前结结构入光更高的短路电流密度, 从而获得更高的光电转换效率；当制绒后硅片厚度为160 μm时, 双面太阳能电池的短路电流密度最高, 为40.3 mA·cm-2, 优于HIT结构的最优值39.5 mA·cm-2 。
材料 双面太阳能电池 重掺杂c-Si背场 a-Si∶H/c-Si背结 短路电流密度 激光与光电子学进展
2017, 54(8): 081602
1 南通大学江苏省专用集成电路设计重点实验室, 江苏 南通 226019
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所, 江苏 苏州 215123
介绍了GaAs基太阳能电池的原理、等效电路及性能参数，基于集成电路工艺与器件计算机辅助工艺设计（TCAD）仿真工具，设计了背场分别为InAlGaP和InAlP的两种GaAs基太阳能电池，并对其结构和性能进行仿真。同时，通过分子束外延（MBE）设备制备了这两种太阳能电池，并测试了其伏安（IV）特性。在考虑并联电阻和串联电阻对太阳能电池伏安特性的实际影响后，仿真结果与实验结果基本一致。重掺杂（原子浓度为2×1018 cm-3）的InAlGaP作为GaAs太阳能电池背场时，伏安特性曲线是典型的太阳能电池的伏安特性。重掺杂（原子浓度为2×1018 cm-3）的InAlP作为GaAs太阳能电池背场时，伏安特性曲线呈现“S”形变化。分析结果表明，背场与基层形成漂移场，加速了光生少子在电池中的输运，提高了光生电流，同时，背场将光生少子反射回有源区，降低了背表面的复合概率。当InAlP作为背场时，由于异质结的存在，影响了载流子的运输，在较小的偏压下，载流子主要通过隧道效应越过势垒，在较大的偏压下，载流子主要通过热电子发射越过势垒，因此伏安特性曲线呈现“S”形变化。
光学器件 太阳能电池 砷化镓 背场
太原科技大学应用科学学院， 山西 太原 030024
采用Afors-het太阳能电池异质结模拟软件，模拟了在不同工作温度下微晶硅背场对a-Si(n)/c-Si(p)异质结太阳能电池性能的影响。 结果表明，随着背场带隙的增加，开路电压和转化效率都增大。随着背场掺杂浓度的增加，开路电压、填充因子和转化效率都在不断 地增加；随着背场厚度的增加，电池性能有所下降。随着电池工作温度的上升，微晶硅背场所对应的最佳浓度掺杂值和最佳厚度值变 化不大。但是随着温度的上升，微晶硅背场所对应的最佳带隙值有明显的右移趋势。实验结果为电池的商业化生产提供了实验参数。
异质结太阳能电池 温度 微晶硅背场 afors-het afors-het heterojunction solar cell temperature microcrystalline silicon back surface field
华中科技大学 电子科学与技术系, 武汉 430074
采用Afors-het软件模拟分析了结构为TCO/a-Si∶H(n)/a-Si∶H(i)/c-Si(p)/a-Si∶H(p+)/Ag的p型硅衬底异质结太阳电池的性能, 研究了各层厚度、带隙、掺杂浓度以及界面态密度等结构参数和物理参数对电池性能的影响。通过模拟优化, 结合理论分析和实际工艺, 得到合适的各结构参数取值。采用厚度薄且掺杂高的窗口层, 嵌入本征层以钝化异质结界面缺陷, 合理利用背场对于少子的背反作用, 获得了较佳的太阳电池综合性能: 开路电压Voc为678.9mV、短路电流密度Jsc为38.33mA/cm2、填充因子FF为84.05%、转换效率η为21.87%。
异质结太阳电池 窗口层 本征层 背场 heterojunction solar cells window layer intrinsic layer back surface field
上海超日太阳能科技股份有限公司， 上海 201406
降低单晶硅原材料成本，采用更薄的硅片作为太阳电池的原料是晶体硅太阳电池产业发展的趋势之一。对薄片化的太阳电池，铝背场的背表面钝化工艺显得愈加重要。采用 PC1D太阳电池软件模拟的方法，对以商业用 p型硅为衬底的单晶硅 125×125太阳电池的铝背场的背表面钝化技术进行了模拟，分析得出，对一定厚度的电池片来说，尤其是当少数载流子的扩散长度大于硅片厚度时，背表面的复合速率对太阳电池效率的影响尤为明显。电池的效率随着铝背场结深的增加、背表面复合速率的降低、少数载流子寿命的提高而提高。铝背场能够改善背表面的钝化质量，降低背表面的复合速率，进而提高太阳能电池的光电转换效率，是目前商业化的晶体硅太阳电池普遍采用的背表面钝化技术。
铝背场 背表面钝化 内量子效率 复合速率 少子寿命 aluminum back-surface field back surface passivation internal quantum efficiency (IQE) recombination velocity minority carrier lifetime
