非晶硅/晶体硅异质结太阳电池光热处理增效机理研究

作     者：郭广兴 

作者单位：南昌大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周浪

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：HJT太阳能电池 光热处理 分子动力学 掺杂层 少数载流子寿命 

摘      要：现有研究表明,光热处理可以提高非晶/晶硅异质结（HJT）太阳能电池的能量转换效率。本文旨在了解光热过程中所涉及机理,从而实现HJT电池的增效控制。研究内容分为理论和实验两个部分,理论部分通过分子动力学对HJT电池中的氢原子运动进行模拟,实验部分通过通过制备氢化非晶硅/晶体硅（a-Si:H/c-Si）结构和HJT电池研究了掺杂的a-Si:H层在光热过程中的作用。主要的研究内容与结论如下:1、根据先前的报道,假设电池中氢原子光照后带电,采用分子动力学软件模拟了HJT电池中在不同水平外加电场强度（0-1.5 V/?）和不同温度（160-200℃）下的氢运动。结果表明,在a-Si:H（i）/c-Si界面上存在电场引起的氢积累,该积累在温度为180℃及以下、在电场强度为0.3～0.5 V/?时达到最大值。这种强度能很好地匹配HJT电池掺杂层提供的电场,并且温度与光热过程的最佳温度恰好吻合。由于a-Si:H（i）/c-Si界面上的氢被认为是钝化的关键,本文推测界面上氢的积累导致了HJT电池在光热过程中性能增强的收益。模拟进一步发现,假设氢原子在黑暗中不带电,氢的积累将在暗热过程中消失,已经被报道的后续退火中的损失可以因此很好被解释。2、通过对不同类型的a-Si:H/c-Si样品和不同掺杂浓度的HJT电池进行光热处理,对氢运动的模拟结果进行了实验验证。结果表明,光热处理可以增大掺杂a-Si:H/c-Si样品的微观结构因子R,带有n型和p型a-Si:H层的样品分别增加0.3和0.2。这可以通过界面中Si-H键的增加来解释,并且支持了氢原子带电的假设。光热处理后,HJT电池的??（开路电压的增量）随p层浓度的变化趋势符合模拟中界面氢的积累规律,这验证了电场在氢漂移中的驱动作用。此外,制备过程中发现,完成了CVD沉积的电池在黑暗中静置24 h后的少数载流子寿命可以显著的提高,这指出了氢通过捕获热载流子而带电的可能性。