界面缺陷态密度与衬底电阻率取值对硅异质结光伏电池性能的影响

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1、界面缺陷态密度与衬底电阻率取值对硅异质结光伏电池性能的影响界面缺陷态密度与衬底电阻率取值对硅异质结光伏电池性能的影响?周骏1,2,邸明东2,孙铁囤3，孙永堂2，汪昊2（1.宁波大学理学院光学与光电子技术研究所,浙江宁波315211)（2.江苏大学机械工程学院光信息科学与技术系,江苏镇江212013）（3.常州亿晶光电科技有限公司,江苏常州213223）在不同的异质结前界面缺陷态密度(Dit1)和异质结背界面缺陷态密度(Dit2)条件下，对P型单晶硅(c-Si(p))为衬底的硅异质结太阳能电池（TCO/a–Si:H(n+)/c–Si(p)

2、/a–Si:H(p+)/TCO）的衬底电阻率R与电池性能的关系进行数值研究。结果表明：衬底电阻率R的取值不仅决定于异质结前界面缺陷态，也与异质结背界面缺陷态有关，即前界面缺陷态密度Dit1决定衬底电阻率的最优值Rop，且Rop随着Dit1的增大而增大;R>Rop时,背界面缺陷态密度Dit2对衬底电阻率的可取值范围具有较大影响，Dit2越大可取衬底电阻率的范围越小。关键词：SHJ太阳能电池；c–Si(p)衬底电阻率；c–Si(p)/(a–Si:H)界面缺陷；AFORS_HETPACC:7340L,8630J,61851引言对于以c-

3、Si(p)为衬底的硅异质结（SHJ）太阳能电池，异质结界面特性对电池的性能有显著影响[1-2]，如衬底电阻率与异质结界面c–Si耗尽区厚度的关系，以及由此引起的硅异质结太阳能电池性能的变化[3]等。然而，对于c-Si(p)衬底电阻率与硅异质结太阳能电池性能的关系，目前研究的还不够深入，长期以来都是将R=1.0?cm作为衬底的最佳电阻率，而将R=1.0~25.0?cm视为可用的衬底电阻率[4-5]。最近，文献[6]研究不同前异质结界面缺陷态密度情况下衬底电阻率与电池性能的关系，指出衬底电阻率最优值Rop的取值将随着前界面缺陷态密度Dit1

4、的降低而减少，突破了人们一直以来认为R=1.0?cm为衬底的最佳电阻率的观点。但是，文献[6]设计的电池结构有一些缺点，如采用的铝背面场要在高于8000c的温度下制备，对SHJ太阳能电池的能量转换效率的提高产生一定限制。此外，文献[6]对衬底电阻率与背异质结界面缺陷态密度的关系和对电池性能的影响没有研究。实际上，氢化非晶硅（a–Si:H）和氢化微晶硅（μc-Si:H）因?国家自然科学基金(批准号：60977048)资助课题,浙江省“钱江人才”项目(2007R10015)、宁波市重点实验室基金项目(2007A22006)，江苏大学与常州亿

5、晶光电科技有限公司联合研发项目和宁波大学王宽成幸福基金资助课题。通讯作者：周骏（1958-），男，教授，安徽马鞍山人，主要从事光电子功能材料与器件制备研究。E-mail：1其低温制备特点以及对衬底的钝化作用而被用于SHJ太阳能电池的背面场[7-8]。文献[9]和[10]的研究表明：在不使用本征型氢化非晶硅（a–Si:H(i)）的情况下通过衬底表面的预处理得到较好的钝化效果，并在以c-Si(p)为衬底的SHJ太阳能电池中得到超过17%的能量转换效率。为了研究不同异质结前界面缺陷态密度Dit1和背界面缺陷态密度Dit2下衬底电阻率与电池性能

6、的关系，需要建立前后界面缺陷态模型。关于前界面缺陷态，大量研究表明：衬底c–Si(p)层耗尽区（SCR）的复合产生较大的结漏电流是影响电池开路电压的主要因素[11]；光生载流子在SCR中的复合影响电池的光生载流子的收集和电池的填充因子[12]。由此，许多理论研究使用类c-Si界面模型计算前界面缺陷态对电池性能的影响，并得到相关的实验验证[13-15]。但是，到目前为止，关于背界面缺陷态物理模型的研究进展缓慢。有研究表明：一方面背界面缺陷态增强了光生少数载流子在背界面的复合，提高了电池中的漏电流降低了开路电压[16]；另一方面背界面缺陷态

7、增强了光生多数载流子的复合，降低了电池短路电流[17]。本文采用TCO/a–Si:H(n)/c–Si(p)/a–Si:H(p)/TCO电池结构，针对不同的异质结前界面缺陷态密度Dit1和背界面缺陷态密度Dit2，应用AFORS_HET软件和类c-Si界面缺陷态模型数值研究背界面缺陷态的作用以及衬底电阻率对电池性能的影响，并与上述文献的实验结果进行比较。2物理模型稳态下半导体材料中的电场和电流分布的物理模型由下面的Possion方程和电流连续性方程描述[18]：dEq??p?n???ND?NA?，（1）dx?dJn?q(Un?G)，（2）

8、dxdJpdx??q?Up?G?，（3）其中，E为电场强度，Jn和Jp分别为电子和空穴的电流密度，q为电子电荷，?为介电常数，p为空穴密度，n为电子密度，ρ为带间净陷阱电荷，ND为电离施主密度，NA为电离受