掺杂对薄膜太阳能电池光伏特性的影响[20200406125510]
摘 要
当今的太阳能电池的市场，是以硅系中单晶硅和多晶硅太阳能电池为主导的。有以下几点是薄膜太阳能电池的优点：
（1） 在低价的衬底上依然能够沉积，很适合大规模生产；
（2） 制作工艺相对简单，成本少；
（3） 更容易与建筑材料相结合，组成光伏建筑一体化；
（4） 具有更为广阔的应用前景。
因此，在本课题中，主要运用一维光电子结构分析模拟软件（wxAMPS)，来对薄膜太阳能电池进行模拟研究和优化设计，研究内容包括掺杂种类、掺杂浓度、缺陷态密度对单结和双结太阳能电池开路电压、短路电流、填充因子等的影响，试图更有效的对薄膜电池的优化设计进行理论指导。
 *查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2 
关键字:转换效率wxAMPS薄膜太阳能电池
目 录
1. 引言 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 课题研究目的及意义 4
1.3 课题主要内容 4
2. 光电池物理模型 5
2.1 太阳能电池的基本原理 5
2.2 硅基薄膜太阳能电池的分类 8
2.2.1 a-Si：非晶硅薄膜太阳电池 8
2.2.2 µc-Si：微晶硅薄膜太阳电池或纳米硅(nc-Si)薄膜太阳能电池 8
2.2.3多晶硅薄膜太阳能电池 9
2.3 光伏电池模拟研究方法介绍 9
2.4 wxAPMS软件的简介和使用 10
2.4.1wxAPMS软件的简介 10
2.4.2软件使用 11
3. 掺杂对pn型太阳能电池的影响 14
3.1 掺杂浓度对PN型太阳能电池的影响 14
3.2 材料厚度对pn型太阳能电池的影响 15
4. 掺杂对PIN型太阳能电池的影响 17
4.1PIN型太阳能电池的基本设置 17
4.2掺杂浓度对PIN型太阳能电池的影响 17
4.3i层厚度对薄膜太阳能电池光伏特性的影响 19
结束语 21
参考文献 22
致谢 23
1. 引言
1.1 课题研究背景
环境污染，气候变化日益加剧。使得太阳能作为清洁能源的代表也受到越来越多的关注，并逐渐成为一个热门的研究领域 。由图1.1.1（我国2009年和2013年各种能源消耗对比图）可以看出，随着我国政府对环境保护的意识增强，力度不断加大，清洁能源的占比稳步增长，太阳能电池的市场将越来越大。
总得来说，太阳能电池主要有以下优点：
（1） 太阳辐射能直接转换为电能。
（2） 无需机器运转，没有噪音。不像风力发电噪音那么大。
（3） 不会产生高温。
（4） 无污染。
（5） 光伏模块之产品生命期长。
（6） 能量来源为太阳；无成本、藏量多、无枯竭疑虑。
（7） 可供应的电力范围广：从几个微瓦到几百万瓦特。
太阳能作为典型的清洁能源，作为可再生能源（太阳对地球的辐射是源源不断的）它来源充足，适应性强，并且使用过程中不会造成环境污染。这些优点为它的利用和开发奠定了基础。不会形成温室效应。
介于以上优点，提高太阳能的光电转化效率，推广使用太阳能电池很有意义。目前市面上大多数卖的都是单晶硅或者是多晶硅太阳能电池。事实上，利用太阳辐射的一个最实际的方法是已发展的相当成熟的太阳能电池 ， 不仅可以获得较高的光电转换效率，并且它的成本也得到了一定程度的降低，从最初只应用在航空航天科技等军工领域扩展到民用方面，来满足日常应用的需求。因此，目前的发展方向是提高太阳能电池的光电转换效率（efficiency）。 由图1.1.2可以看出，当前基于单晶硅（mono-Silicon）的市占率约为37.3%，多晶硅（multi-Si）的市占率约为48.1%。，但是，这两种电池的缺点是厚度较大。它们的生产成本较高，和组件的价格降不下来，它留了巨大的发展机会给薄膜硅太阳能电池的发展。 薄膜硅太阳能电池轻薄制程过程相对较简单，成本很小，所以在近几年得到了很大的发展。
由表1.1可以看到，从表可以看出，薄膜硅太阳能电池的转换效率目前大规模商业化的效率比晶体硅太阳能电池组件的效率要低很多，大概只有6%-9%，，这在某种程度上限制了它的应用范围，例如在航空航天等要求能效高的领域就不能用。需要进一步提高薄膜太阳能电池的效率，压缩成本，从而进一步促进硅基薄膜太阳能的普及。 导电性可随掺杂量而作巨大的改变是半导体用于微电子最大的优点。
图1.1.1 我国2009年和2013年各种能源消耗对比图
图1.1.2 2013年太阳能电池的市占率分布图
表1.1 目前主要太阳能电池的分类、发展方向以及商用效率
太阳能电池种类 发展方向 目前商品效率
硅半导体类 晶圆型 单晶硅 降低制造和材料成本 12%~20%
多晶硅 简化制程，降低制程成本和提高电池的稳定性 10%~18%
薄膜型 非晶硅 6%~9%
微晶硅
多结叠层硅
化合物半导体类 晶圆型 砷化镓（GaAs） 降低材料使用成本，改善制程技术 18%~30%
磷化铟（InP）
薄膜型 （CIS/CIGS） 10%~12%
CdTe
CdS
复合类 薄膜-晶圆型 -Si+c-Si 降低制程和材料使用成本 6%~9%
薄膜-薄膜型 -Si+CIS
-SiGe
有机与纳米类 薄膜型 染料敏化（DSSC） 提高效率、热稳定性和抗紫外能力 11%~15%
有机导电高分子 14%~17%
1.2 课题研究目的及意义
如果说每件商品都在追求性价比，那么太阳能电池效率与成本的平衡点就是人们所一直寻找的。发展成熟的单晶硅太阳能电池效率相对来说固然高，然而高污染高成本也是它难以解决的一个世界性难题。
由于硅系薄膜太阳能电池性能相对较稳定一些。新兴的薄膜太阳能电池正以其低成本、性价比高等优势一点点占据市场。本文研究的目的是利用掺杂技术通过软件模拟出一种效率较高薄膜太阳能电池。这是因为在薄膜太阳电池中，硅基薄膜更具有下面几点得天独厚的优势：（1）硅（silicon）的来源较为丰富，无毒无污染；（2）可以用玻璃当衬底，耗电量小；（3）消耗的晶体硅少，成本小。（4）工艺比CIGS等有机的薄膜太阳能电池要简易。所以目前我国学术界硅系薄膜是一个很大的研究方向。

原文链接：http://www.jxszl.com/dzxx/gdxx/5819.html