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目前光伏市场上主流的太阳电池是体硅太阳电池,但其生产成本高,薄膜叠层太阳电池生产成本低,理论极限高,是较理想的替代产品。但目前叠层太阳电池的转换效率低,需要加强研究。
本文针对世界光伏产业和叠层太阳电池的研究现状,从窗口层和中间反射层两方面开展理论研究,旨在改善非晶硅/微晶硅叠层太阳电池的综合性能。本文将p+/p高低结作为太阳电池的窗口层,以掺铝氧化锌作为中间反射层材料,通过采用AMPS-1D模拟与数值计算相结合的方法进行研究。研究发现,高低结的窗口层和掺铝氧化锌的中间反射层可以有效地提高太阳电池的综合性能,同时做了更深入的研究,得到以下结论:
1)提高p+/p中p+的掺杂浓度可以增大叠层太阳电池的开路电压,可以提高窗口层的电导率,可以降低叠层太阳电池的串联电阻,可以提高短波段的光谱响应,可以提高短路电流密度,但掺杂浓度超过1×1021cm-3,易形成“死层”。
2)当p+/p中p+的厚度大于3nm时,短路电流密度密度及短波段的光谱响应随p+的厚度增加而减小,但开路电压和填充因子基本无变化。
3)建立了非晶硅/微晶硅叠层太阳电池中间反射层的光学模型,对掺铝氧化锌薄膜作为中间反射层进行模拟研究,研究表明,中间反射层薄膜的退火温度越高,对光谱的反射率越高,顶电池的光谱吸收量及电流密度越大。
4)模拟研究了掺铝氧化锌的衬底温度对叠层太阳电池性能的影响,结果表明,当衬底温度为100℃时,反射率达到最高,顶电池的电流密度最大。
5)研究了中间反射层薄膜溅射功率对叠层太阳电池性能的影响,结果表明,在低功率情况下,中间反射层对光谱的反射率、顶电池的电流密度及整个叠层太阳电池的电流密度随沉积掺铝氧化锌的溅射功率增大而增加。
本文对叠层太阳电池高低结的窗口层和掺铝氧化锌的中间反射层进行了研究,所得结果为高效叠层太阳电池的设计提供了依据。