薄膜硅太阳电池及材料．４０９．

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摘要

关键词

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微晶硅薄膜太阳电池的计算机模拟

赵明利

闰果果杨仕娥４

（郑州大学物理工程学院，河南，郑州，４５０００１）

本文建立了一个ｐ－ｉ－ｎ结构的微晶硅薄膜电池模型，利用太阳电池电容模拟软件（简称ＳＣＡＰＳ）研究了活性层

的厚度、缺陷态浓度及窗口层的掺杂浓度等参数对电池的性能的影响，得到的主要结论如下：（１）活性层的

厚度和缺陷态浓度对可见和近红外波段（即中长波段）的光谱响应和电池的Ｉ．Ｖ特性有重要影响；（２）窗口层的

掺杂浓度主要影响紫外波段（即短波段）的光谱响应和电池的开路电压。

微晶硅薄膜太阳电池，Ｉ．Ｖ特性，光谱响应，ＳＣＡＰＳ

１９９４年瑞士的Ｍｅｉｅｒ等报导了第一个单结微晶硅薄膜电池【１１。由于微晶硅薄膜电池兼有晶体硅电池的高

稳定性和薄膜电池低成本的优势，很快就成为光伏领域研究的热点【２．３】，并被视为太阳电池的下一代技术。在

Ｐ．ｉ．ｎ结构的微晶硅薄膜电池中，ｉ层作为活性（本征）层，其结构和性能参数对电池的整体性能有决定性作用，

ｉ层的厚度、少子扩散长度及缺陷态浓度等是影响电池性能的关键因素；同时，Ｐ层作为电池的窗口层，其厚

度和掺杂浓度等也对电池的性能有着重要影响。

随着计算机及其相关技术的飞速发展，计算机模拟已成为材料研究和器件设计中强有力的研究手段。本文

建立了一个简单的Ｐ．ｉ—ｎ型结构的微晶硅薄膜太阳电池模型，利用Ｂｕｒｇｅｌｍａｎ等人开发的太阳电池电容模拟软
件（简称ＳＣＡＰＳ），研究了活性层的厚度和缺陷态浓度以及窗口层的掺杂浓度等参数对电池的光谱响应和Ｉ．Ｖ

特性的影响。

２．ＳＣＡＰＳ软件简介及微晶硅薄膜太阳电池模型

ＳＣＡＰＳ是Ｂｕｒｇｅｌｍａｎ等人依据半导体器件物理的基本方程（包括泊松方程、电流密度方程和连续性方程

等）开发出来的太阳电池电容模拟软件ｈ５＇６】。近年来，Ｂｕｒｇｅｌｍａｎ等人利用该软件针对ＣｄＴｅ和ｓｉ等多晶薄膜

太阳电池开展了大量的模拟研究工作，例如，金背接点对ＣｄＴｅ薄膜太阳电池性能的影响【＿７１，硅太阳电池中杂

质的光电效应【５１等，所得到的模拟结果和实验结果吻合得很好。

图ｌ给出了一个简单的单结ｐ．ｉ．ｎ型微晶硅薄膜电池结构示意图，图中太阳光从电池左侧入射，Ｐ层和ｎ

层外侧分别为前接触和背接触电极。实际上，由于活性层中通常存在不同程度氧污染，该层一般呈弱ｎ型，故

该结构实际上是ｐ＋ｎｎ＋结构，其中各层的性能参数见表１。在我们的模拟中，采用的是标准的太阳光谱

ＡＭＩ．５（１００ｍＷ／ｃｍ２），为了简化模型，暂不考虑表面反射、光陷阱及界面态等对电池性能的影响。

作者简介：赵明利，女，在读硕士，Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｏｍｉｎｇｌｉｌ００８＠１６３．Ｐ．．ｏｍ联系电话：１３２９８１３９３２４

。通讯作者：杨仕娥．女，副教授，硕士生导师．Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｎｇｓｈｉｅ＠ｚｚｕ．ｅｄｕ．ｃｎ