搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

a-Si:H/c-Si 异质结太阳电池 J-V 曲线的 S-Shape 现象

钟春良 耿魁伟 姚若河

引用本文:
Citation:

a-Si:H/c-Si 异质结太阳电池 J-V 曲线的 S-Shape 现象

钟春良, 耿魁伟, 姚若河

S-shaped J-V characteristic of a-Si:H/c-Si heterojunction solar cell

Zhong Chun-Liang, Geng Kui-Wei, Yao Ruo-He
PDF
导出引用
  • 通过异质结界面分析与 AMPS 模拟计算研究了 a-Si:H/c-Si 异质结太阳电池在低温工作、a-Si:H 层低掺杂、高价带补偿以及高界面态时光态 J-V 曲线出现 S-Shape 现象的物理过程,总结了 S-Shape 现象的物理原因.分析结果表明,当空穴输运受到界面势垒的限制时,空穴在 c-Si 界面附近聚集,能带重新分配,c-Si 耗尽区的电场减小,更多的电子从 c-Si 准中性区反转至 c-Si 界面及耗尽区与空穴复合,复合速率显著增大,光电流的损失显著增大,光态 J-V<
    In this paper the physical mechanism of the S-shaped J-V characteristics of (p) a-Si:H/(n) c-Si heterojunction solar cell at low working temperatures, low impurity concentrations in the a-Si:H layer, high valence band offsets or high interface defect densities is studied by heterojunction interface analysis and AMPS simulations. The results show that the barrier at the amorphous/crystalline interface hinders the collection of photogenerated holes. A high hole accumulation at the interface, in combination, causes a shift of the depletion region from the c-Si into the a-Si:H. This leads to the electric field decreasing, and the enhanced recombination inside the c-Si depletion region causes a significant current loss. It results in the S-shaped J-V characteristics.
    [1]

    Tsunomura Y, Yoshimine Y, Taguchi M, Baba T, Kinoshita T, Kanno H, Sakata H, Maruyama E, Tanaka M 2008 Sol. Energy Mater. So . Cells doi:l0.l016/j.solmat. 2008.02.037

    [2]

    Froitzheim A, Brendel K, Elstner L, Fuhs W, Kliefoth K, Schmidt M 2001 Thin Solid Films 383 314

    [3]

    Van Cleef M W M, Rath J K, Rubinelli F A, Van der Werf C H M, Schropp R E I, Van der Weg W F 1997 J. Appl. Phys. 82 6089

    [4]

    Datta A, Damon-Lacoste J, Nath M, Cabarrocas P R, Chatterjee P 2008 Mater. Sci. Eng. B doi:l0.l016 /j.mseb. 2008.10.017

    [5]

    Datta A, Damon-Lacoste J, Cabarrocas P R, Chatterjee P 2008 Sol. Energy Mater. Sol. Cells 92 1500

    [6]

    Froitzheim A,Brendel K, Elstner L, Fuhs W, Kliefoth K, Schmidt M 2002 J. Non-Cryst. Solids 299-302 663

    [7]

    Gudovskikh A S, Kleider J E, Froitzheim A, Fuhs W, Terukov E I 2004 Thin Solid Films 451-452 345

    [8]

    Van Cleef M W M, Schropp R E, Rubinelli F A 1998 Appl. Phys. Lett. 73 2609

    [9]

    Van Cleef M W M, Rubinelli F A, Rath J K, Schropp R E I, Van der Weg W F, Rizzoli R, Summonte C, Pingini R 1998 J. Non-Cryst. Solids 227-230 1291

    [10]

    Van Cleef M W M, Rubinelli F A, Rizzoli R, Pingini R, Schropp R E I, Van der Weg W F 1998 Jpn. J. Appl. Phys. 37 3926

    [11]

    Hu Z H, Liao X B, Diao H W, Xia C F, Xu L, Zeng X B, Hao H Y, Kong G L 2005 Acta Phys. Sin. 54 2302 (in Chinese) [胡志华、廖显伯、刁宏伟、夏朝凤、许 玲、曾湘波、郝会颖、孔光临 2005 物理学报 54 2302 ]

    [12]

    For AMPS-1D please see :http ://www. emprl . psu. Edu/amps.

    [13]

    Hu Z H, Liao X B, Xu Y Y, Zhang S B, Diao H W, Kong G L 2003 Acta Phys. Sin. 52 2302 (in Chinese) [胡志华、廖显伯、曾湘波、徐艳月、张世斌、刁宏伟、孔光临 2003 物理学报 52 217]

    [14]

    Zhao L, Zhou C L, Li H L, Diao H W, Wang W J 2008 Acta Phys. Sin. 57 3212 (in Chinese) [赵 雷、周春兰、李海玲、刁宏伟、王文静 2008 物理学报 57 3212]

    [15]

    Rubinelli F A 1992 IEEE Trans. Electron Devices 39 2584

    [16]

    Ley L 1989 J. Non-Cryst. Solids 114 238

    [17]

    Sebastiani M, Gaspare D L, Capellini G, Bittencourt C, Evangelisti F 1995 Phys. Rev. Lett. 75 3352

    [18]

    Matsuura H, Okuno T, Okushi H, Tanaka K 1984 J. Appl. Phys. 55 1012

    [19]

    Mimuraand H, Hatanaka Y 1987 Appl. Phys. Lett. 50 326

    [20]

    Eschrich H, Bruns J, Elstner L, Swiatkowski C 1993 J. Non-Cryst. Solids 164-166 717

    [21]

    Gudovskikh A S, Ibrahim S, Kleider J P, Damon-Lacoste J, Cabarrocas P R, Veschetti Y, Ribeyron P J 2007 Thin Solid Films 515 7481

    [22]

    Gandia J J, Carabe J, Gonzalez N, Torres I, Munoz D, Voz C 2009 Sol. Energy Mater. Sol. Cells doi:10.1016/ j.solmat.2009.09.017

  • [1]

    Tsunomura Y, Yoshimine Y, Taguchi M, Baba T, Kinoshita T, Kanno H, Sakata H, Maruyama E, Tanaka M 2008 Sol. Energy Mater. So . Cells doi:l0.l016/j.solmat. 2008.02.037

    [2]

    Froitzheim A, Brendel K, Elstner L, Fuhs W, Kliefoth K, Schmidt M 2001 Thin Solid Films 383 314

    [3]

    Van Cleef M W M, Rath J K, Rubinelli F A, Van der Werf C H M, Schropp R E I, Van der Weg W F 1997 J. Appl. Phys. 82 6089

    [4]

    Datta A, Damon-Lacoste J, Nath M, Cabarrocas P R, Chatterjee P 2008 Mater. Sci. Eng. B doi:l0.l016 /j.mseb. 2008.10.017

    [5]

    Datta A, Damon-Lacoste J, Cabarrocas P R, Chatterjee P 2008 Sol. Energy Mater. Sol. Cells 92 1500

    [6]

    Froitzheim A,Brendel K, Elstner L, Fuhs W, Kliefoth K, Schmidt M 2002 J. Non-Cryst. Solids 299-302 663

    [7]

    Gudovskikh A S, Kleider J E, Froitzheim A, Fuhs W, Terukov E I 2004 Thin Solid Films 451-452 345

    [8]

    Van Cleef M W M, Schropp R E, Rubinelli F A 1998 Appl. Phys. Lett. 73 2609

    [9]

    Van Cleef M W M, Rubinelli F A, Rath J K, Schropp R E I, Van der Weg W F, Rizzoli R, Summonte C, Pingini R 1998 J. Non-Cryst. Solids 227-230 1291

    [10]

    Van Cleef M W M, Rubinelli F A, Rizzoli R, Pingini R, Schropp R E I, Van der Weg W F 1998 Jpn. J. Appl. Phys. 37 3926

    [11]

    Hu Z H, Liao X B, Diao H W, Xia C F, Xu L, Zeng X B, Hao H Y, Kong G L 2005 Acta Phys. Sin. 54 2302 (in Chinese) [胡志华、廖显伯、刁宏伟、夏朝凤、许 玲、曾湘波、郝会颖、孔光临 2005 物理学报 54 2302 ]

    [12]

    For AMPS-1D please see :http ://www. emprl . psu. Edu/amps.

    [13]

    Hu Z H, Liao X B, Xu Y Y, Zhang S B, Diao H W, Kong G L 2003 Acta Phys. Sin. 52 2302 (in Chinese) [胡志华、廖显伯、曾湘波、徐艳月、张世斌、刁宏伟、孔光临 2003 物理学报 52 217]

    [14]

    Zhao L, Zhou C L, Li H L, Diao H W, Wang W J 2008 Acta Phys. Sin. 57 3212 (in Chinese) [赵 雷、周春兰、李海玲、刁宏伟、王文静 2008 物理学报 57 3212]

    [15]

    Rubinelli F A 1992 IEEE Trans. Electron Devices 39 2584

    [16]

    Ley L 1989 J. Non-Cryst. Solids 114 238

    [17]

    Sebastiani M, Gaspare D L, Capellini G, Bittencourt C, Evangelisti F 1995 Phys. Rev. Lett. 75 3352

    [18]

    Matsuura H, Okuno T, Okushi H, Tanaka K 1984 J. Appl. Phys. 55 1012

    [19]

    Mimuraand H, Hatanaka Y 1987 Appl. Phys. Lett. 50 326

    [20]

    Eschrich H, Bruns J, Elstner L, Swiatkowski C 1993 J. Non-Cryst. Solids 164-166 717

    [21]

    Gudovskikh A S, Ibrahim S, Kleider J P, Damon-Lacoste J, Cabarrocas P R, Veschetti Y, Ribeyron P J 2007 Thin Solid Films 515 7481

    [22]

    Gandia J J, Carabe J, Gonzalez N, Torres I, Munoz D, Voz C 2009 Sol. Energy Mater. Sol. Cells doi:10.1016/ j.solmat.2009.09.017

  • [1] 肖友鹏, 王怀平, 冯林. 硒化亚锗异质结太阳电池模拟研究. 物理学报, 2023, 72(24): 248801. doi: 10.7498/aps.72.20231220
    [2] 王其, 延玲玲, 陈兵兵, 李仁杰, 王三龙, 王鹏阳, 黄茜, 许盛之, 侯国付, 陈新亮, 李跃龙, 丁毅, 张德坤, 王广才, 赵颖, 张晓丹. 钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池: 光学模拟的研究进展. 物理学报, 2021, 70(5): 057802. doi: 10.7498/aps.70.20201585
    [3] 宋岩, 江鸿翔, 赵九洲, 何杰, 张丽丽, 李世欣. Al-Ti-B细化工业纯铝凝固组织演变过程数值模拟. 物理学报, 2021, 70(8): 086402. doi: 10.7498/aps.70.20201431
    [4] 陈俊帆, 任慧志, 侯福华, 周忠信, 任千尚, 张德坤, 魏长春, 张晓丹, 侯国付, 赵颖. 钙钛矿/硅叠层太阳电池中平面a-Si:H/c-Si异质结底电池的钝化优化及性能提高. 物理学报, 2019, 68(2): 028101. doi: 10.7498/aps.68.20181759
    [5] 朱炳辉, 杨爱香, 牛书通, 陈熙萌, 周旺, 邵剑雄. 100 keV质子与低高能质子在绝缘微孔中输运特性的对比分析. 物理学报, 2018, 67(1): 013401. doi: 10.7498/aps.67.20171701
    [6] 万亚州, 高明, 李勇, 郭海波, 李拥华, 徐飞, 马忠权. 掺杂非晶氧化硅薄膜中三元化合态与电子结构的第一性原理计算. 物理学报, 2017, 66(18): 188802. doi: 10.7498/aps.66.188802
    [7] 栗苹, 许玉堂. 氧空位迁移造成的氧化物介质层时变击穿的蒙特卡罗模拟. 物理学报, 2017, 66(21): 217701. doi: 10.7498/aps.66.217701
    [8] 严大东, 张兴华. 聚合物结晶理论进展. 物理学报, 2016, 65(18): 188201. doi: 10.7498/aps.65.188201
    [9] 张晓宇, 张丽平, 马忠权, 刘正新. 硅锗量子阱结构在硅异质结太阳电池中应用的数值模拟. 物理学报, 2016, 65(13): 138801. doi: 10.7498/aps.65.138801
    [10] 韩燕龙, 贾富国, 曾勇, 王爱芳. 受碾区域内颗粒轴向流动特性的离散元模拟. 物理学报, 2015, 64(23): 234502. doi: 10.7498/aps.64.234502
    [11] 韩燕龙, 贾富国, 唐玉荣, 刘扬, 张强. 颗粒滚动摩擦系数对堆积特性的影响. 物理学报, 2014, 63(17): 174501. doi: 10.7498/aps.63.174501
    [12] 刘耀民, 刘中良, 黄玲艳. 分形理论结合相变动力学的冷表面结霜过程模拟. 物理学报, 2010, 59(11): 7991-7997. doi: 10.7498/aps.59.7991
    [13] 彭光含, 孙棣华, 何恒攀. 交通流双车跟驰模型与数值仿真. 物理学报, 2008, 57(12): 7541-7546. doi: 10.7498/aps.57.7541
    [14] 赵 雷, 周春兰, 李海玲, 刁宏伟, 王文静. a-Si(n)/c-Si(p)异质结太阳电池薄膜硅背场的模拟优化. 物理学报, 2008, 57(5): 3212-3218. doi: 10.7498/aps.57.3212
    [15] 封 伟, 高中扩. 有机光伏电池物理性能的模拟. 物理学报, 2008, 57(4): 2567-2573. doi: 10.7498/aps.57.2567
    [16] 来国军, 刘濮鲲. W波段回旋行波管放大器的模拟与设计. 物理学报, 2006, 55(1): 321-325. doi: 10.7498/aps.55.321
    [17] 路 阳, 王 帆, 朱昌盛, 王智平. 等温凝固多晶粒生长相场法模拟. 物理学报, 2006, 55(2): 780-785. doi: 10.7498/aps.55.780
    [18] 胡志华, 廖显伯, 曾湘波, 徐艳月, 张世斌, 刁宏伟, 孔光临. 纳米硅(nc-Si:H )/晶体硅(c-Si)异质结太阳电池的数值模拟分析. 物理学报, 2003, 52(1): 217-224. doi: 10.7498/aps.52.217
    [19] 王培林, 丁天骅, 蔡珣. 超薄晶体膜生长过程的计算机模拟. 物理学报, 2002, 51(9): 2109-2112. doi: 10.7498/aps.51.2109
    [20] 彭英才, 徐刚毅, 何宇亮, 刘 明, 李月霞. (n)nc-Si:H/(p)c-Si异质结中载流子输运性质的研究. 物理学报, 2000, 49(12): 2466-2471. doi: 10.7498/aps.49.2466
计量
  • 文章访问数:  8807
  • PDF下载量:  1106
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2009-11-08
  • 修回日期:  2010-01-06
  • 刊出日期:  2010-09-15

/

返回文章
返回