叠层电池总结范文.doc

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1、叠层电池总结范文  叠层太阳能电池小结1叠层电池概述由于太阳光光谱中的能量分布较宽,现有的任何一种半导体材料都只能吸收其中能量比其能隙值高的光子。  太阳光中能量较小的光子将透过电池,被背电极金属吸收,转变成热能;高能光子超出能隙宽度的多余能量,则通过光生载流子的能量热释作用传给电池材料本身的点阵原子使材料本身发热。  这些能量都不能通过光生载流子传给负载,变成有效的电能。  因此单结太阳能电池的理论转换效率的一般较低。  太阳光光谱可以被分成连续的若干部分,用能带宽度与这些部分有最好匹配的材料做成电池,并按能隙从大到小的顺序从外向里叠合

2、起来,让波长最短的光被最外边的宽隙材料电池利用,波长较长的光能够透射进去让较窄能隙材料电池利用,这就有可能最大限度地将光能变成电能,这样的电池结构就是叠层电池,可以大大提高性能和稳定性。  叠层a-Si:H太阳电池能提高效率、解决单结电池存在的稳定性问题的原因在于  (1)叠层电池把不同禁带宽度的材料组合在一起,加宽了光谱响应的范围。  (2)顶电池的i层较薄(<2000×10-8cm),以致光照后产生的空间电荷对i层电场的调制已不明显,i层中电场强度分布变化不大,仍是高场区,有源区上的这种高电场显然足以把i层中的光生载流子有效抽出,从而

3、阻止光致衰退的发生。  (3)底电池产生的光生载流子约为单结电池的一半,底电池的光致衰退效应较小。  双结叠层电池通常由宽禁带带隙的顶电池、隧道结和窄带带隙的底电池三部分依次串联而成。  为了获得尽可能高的光电转换效率,叠层电池应满足材料晶格匹配、禁带宽度组合合理和顶底子电池电流匹配等基本要求。  叠层电池电流密度一般不同,顶底电池的电流失配会使电池性能大受影响。  设法获取电池匹配的结构是保证叠层电池具有良好性能的重要一环。  叠层太阳能电池的制备可以通过两种方式得到一种是机械堆叠法,先制备出两个独立的太阳能电池,一个是高带宽的作为顶电

4、池,一个则是低带宽的作为底电池。  然后把高带宽的堆叠在低带宽的电池上面。  另一种是一体化的方法,先制备出一个完整的太阳能电池,再在第一层电池上生长或直接沉积在第一层电池上面。  典型叠层电池的结构如图1所示。  图1薄膜非晶/微晶叠层电池结构2叠层电池的隧道结作为有效地互连两个子电池的过渡结,隧道结应具有高透光率、阻抗小(重掺杂)的特点,且其晶格常量和热膨胀系数与上下层也要求匹配。  隧穿结厚度包括非晶顶电池N层的厚度和微晶底电池P层的厚度。  在叠层电池p1-i1-n1-p2-i2-n2结构中,n1-p2结特性的好坏对电池特性参数V

5、oc、Isc、FF均有重要影响。  因为n1-p2结相对器件内建场为反偏结,任何寄生势垒都将使电池的I-V特性变坏。  因此,为了进一步提高电池的转换效率就需提供一个特性优良的隧道结,要求该结的掺杂层具有宽的光带隙和高的电导率,以增加到达底电池的光透过率和减少串联电阻。  在组成电池的各层材料特性和界面特性得到保证的情况下,叠层电池结构设计便是确定电池效率的关键因素。  其中起主要作用的是顶电池和底电池i层厚度的设计。  叠层电池总的开路电压等于各单结电池开路电压的代数和,而叠层电池的短路电流等于各单结电池中短路电流最小者。  因此,叠层

6、电池结构设计的原则是使各单结电池吸收光谱分配合理。  为此,调整第i个子电池的有源层厚度di,以使各单结电池的光电流相等,从而获得最大的输出短路电流。  在具体实验过程中首先固定一合适的底电池i层厚度,然后仔细改变顶电池i层厚度,找出最大输出效率,反过来再固定该顶电池i层厚度,调整底电池i层厚度。  NP隧穿结对薄膜非晶/微晶叠层电池的性能有重要的影响。  NP隧穿结的接触特性影响电池的开路电压,非晶硅顶电池的N层和微晶硅底电池的厚度决定了NP隧穿结的复合几率,在非晶硅顶电池N层表面上沉积微晶底电池P层前,先对NP界面进行氢处理,除去N层

7、表面的氧化物绝缘层。  2计算2.1叠层电池串联原理一般的非晶硅氢合金(a-Si:H)层和n层都非常薄,因此,电流主要其本征层吸收光子而产生的光生载流子的贡献。  所以,设第i层子电池的禁带宽度为Egi,其本征层的厚度为W,则该层子电池的光电流Jsci可由下式给出10.3()[1exp(??())]exp[w???()]?gisciiiJQeFwd???????  (1)其中,e为电子电荷;光波长1.24/gigiE??(单位um);()F?是在波长λ下每平方厘米每秒入射光子数;Q为量子产额。  我们取Q=0.9,吸收系数αi在基本吸收区

8、由下式给出12()()igihChE?????  (2)其中,C在本文的计算中取值为12600()Cevcm??。  由于每层子电池是串联连接的,所以流过每层子电池的光电流相等,即满足串联原理

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