(ydy)非晶硅太阳电池光照J-V特性的AMPS模拟
用于太阳电池测试的太阳模拟技术
用于太阳电池测试的太阳模拟技术王志明;龚振邦;魏光谱;刘李明【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2009(017)007【摘要】为了提高太阳模拟器的性能,更准确地测试太阳电池的特性参数,对模拟器的光源辐照利用率、辐照均匀度、辐照度与辐照稳定性的控制进行了研究.选取同轴光学系统结构作为模拟器光学系统,通过改进光学系统的结构排布,增加光积分器等方法,改善光源辐照利用率与辐照均匀度;在分析现役模拟器控制线路的基础上,采用光反馈技术对控制线路进行重新设计,提升系统对辐照度与辐照稳定性的可控性.实验结果表明:新型的太阳模拟器能有效地控制辐照度与辐照稳定性,在直径250 mm范围内,标准光强为1000 W/m2的条件下,辐照均匀度为2.5%,辐照稳定性＜1%,较大地改进了太阳模拟器的性能.【总页数】6页(P1542-1547)【作者】王志明;龚振邦;魏光谱;刘李明【作者单位】上海大学,精密机械工程系,上海,200072;上海大学,精密机械工程系,上海,200072;上海大学,精密机械工程系,上海,200072;上海大学,精密机械工程系,上海,200072【正文语种】中文【中图分类】TM914.4【相关文献】1.太阳电池阵列模拟器计量测试方法研究 [J], 季启政;杨亦强;徐国庆2.基于LED太阳模拟器太阳电池光谱响应测试研究 [J], 冯云峰;赵孟钢;刘皎;王水威3.用于卫星模拟飞行测试的太阳电池阵动态模拟系统设计 [J], DU Jianbo;FENG Shuo;ZHAO Wen;LI Kun;YANG Hongyu;HU Lin WANG;Dawei;FU Dawei;YANG Dong4.太阳模拟器光谱对三结太阳电池Ⅰ-Ⅴ测试的影响 [J], 肖文杰;王立功;申丽丽;邱硕;薛超5.应用于太阳电池的Ⅰ-Ⅴ曲线测试仪在线校准方法 [J], 张楠因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
非晶硅电池原理应用
-10-《国外电子元器件》1997年第6期1997年6月非晶硅太阳电池原理及应用西安交通大学杨宏刘宏毅摘要:本文介绍了非晶硅太阳电池的原理、结构及电性能参数。
为了便于应用,给出了用非晶硅太阳电池供电的小型太阳能供电系统的应用实例。
关键词:非晶硅太阳电池供电系统●新特器件应用1、引言非晶硅太阳电池是一种新型光电转换器件,它的出现,犹如一道曙光,照亮了太阳电池大规模地面应用的道路。
与其它太阳电池相比,非晶硅太阳电池具有以下突出特点:(1)工艺上采用材料消耗低的薄膜工艺,耗能少,成本低。
(2)可连续、大面积、自动化批量生产。
(3)可应用多种价格低的衬底材料。
(4)可设计成多种结构形式,利用集成型结构,可获得高输出电压。
近年来,特别是作为大面积低成本电池,非常引人注目。
2、非晶硅太阳电池的结构、原理及电性能参数2.1非晶硅太阳电池的结构非晶硅太阳电池是在玻璃基板上沉积形成非晶硅Pin结构的集成型平板式光电组件,单电池的结构如图1所示。
通常,人们为了获得较高的功率输出,将非晶硅太阳电池做成以下集成型结构,如图2所示。
2.2非晶硅太阳电池的工作原理当太阳光照射到图1所示的电池上时,电池吸收光能产生光生电子-空穴对,在电RL F TRBU F;应在SCL为高时检测B TFSC RA,SDA SDABSF TRBU F,0;SDA移入TRBU F 的bit0BCF RA,SCL;SCL变低D ECFSZ B I T;位计数GO TO RD1B I T;未到8位继续MOV F TRBU F,W;达8位,把TR2 BU F移入MOV WF0F0R E TL W0;W=0返回4、串行E2PROM的应用作为一个具体应用,在报警器的智能化设计中,单片机采用P IC16C54,用24C02作E2PROM。
把初始报警状态设置在24C02中,当设置完毕后,运行主程序。
若某一输入回路状态改变,则产生报警,对应L ED显示器亮。
具体作法是:上电之前,按下选择键,上电后释放该键,L ED显示器显示回路号“1”及其现行状态0或1,此时按下记忆键,上电后释放该键,即存入24C02,再按选择键显示下一回路号进行状态设置,最后一路设置完毕后,再扫选择键,进入主程序运行状态。
微晶硅薄膜太阳电池的模拟计算
微晶硅薄膜太阳电池的模拟计算许明坤;王向贤【摘要】AMPS-1D mode was used to analyze the influences of the window materials on the performance of p-i-n Microcrystalline silicon solar cells. When the mobility band gap (Eμ)is 1.6eV, the performances of solar cells were optimum, 7.309% of a conversion.efficiency has been achieved.%本文运用AMPS-1D软件模拟仿真了P型微晶硅窗口层材料对pin型太阳电池性能的影响。
结果表明，太阳电池的性能随窗口层材料带隙的变化而变化。
当带隙Elx=1．6eV时电池性能最佳，获得了7．309％的高效率。
【期刊名称】《巢湖学院学报》【年(卷),期】2012(000)006【总页数】5页(P38-42)【关键词】仿真;带隙;微晶硅;太阳电池【作者】许明坤;王向贤【作者单位】巢湖学院,安徽巢湖238000;巢湖学院,安徽巢湖238000【正文语种】中文【中图分类】TN302引言随着世界经济的不断发展，许多不可再生资源即将枯竭。
人类迫切需要寻找新能源。
与火电、水电、核电相比，太阳能发电具有清洁、安全、资源广泛等优点。
因此，太阳能的利用有很广的发展前景。
太阳能电池是利用太阳光照在半导体p-n结上时，形成新的空穴-电子对，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流，把光能转化为电能的半导体器件。
太阳能电池种类繁多，而在所有的太阳能电池中，微晶硅（μc-Si:H）薄膜电池的效率高，稳定性好。
氢化微晶硅薄膜（μc-Si:H）是由微晶粒、晶粒边界、微空洞和非晶硅共存的复相材料[1]。
微晶硅（μc-Si:H）薄膜材料具有很多优点，如单晶硅高稳定、非晶硅节省材料、制备工艺简单、低温（＜200℃）、便于大面积连续化生产等。
非晶硅太阳电池
非晶硅太阳电池一、简介非晶硅太阳电池是一种新型的太阳能电池，它是利用非晶硅薄膜制成的。
与传统的多晶硅太阳电池相比，非晶硅太阳电池具有更高的光电转换效率和更低的制造成本。
二、原理非晶硅太阳电池采用了一种称为“堆垛结构”的设计，这种设计可以使得光线在薄膜中反复折射，从而增强了光吸收效果。
在吸收到光线后，光子会激发出电子-空穴对，在外加电场作用下，这些电子-空穴对会分别向两端移动，并产生一个电压差。
通过将多个这样的单元串联在一起，就可以得到一个具有较高输出功率的太阳能电池。
三、制造工艺1. 清洗基板：首先需要清洗基板表面以去除表面杂质。
2. 沉积非晶硅层：在基板上沉积一层非晶硅薄膜。
3. 氧化处理：经过氧化处理后形成氧化硅层。
4. 刻蚀：利用刻蚀技术去除氧化硅层的一部分，形成电极。
5. 沉积金属层：在电极上沉积一层金属，形成另一个电极。
6. 制成单元：将多个这样的单元串联在一起，就可以得到一个具有较高输出功率的太阳能电池。
四、优缺点1. 优点：（1）光电转换效率高：非晶硅太阳电池可以将光线转换为电能的效率达到了10%-13%左右，比传统的多晶硅太阳电池要高。
（2）制造成本低：非晶硅太阳电池制造工艺简单，生产成本低。
（3）适用范围广：非晶硅太阳电池可以适用于各种不同环境下的太阳能利用场合。
2. 缺点：（1）稳定性差：由于非晶硅薄膜中存在大量的缺陷和杂质，因此其稳定性较差。
（2）寿命短：由于材料缺陷和杂质等原因，非晶硅太阳电池寿命较短。
五、应用领域非晶硅太阳电池可以广泛应用于各种不同的领域，包括：1. 太阳能电池板：非晶硅太阳电池可以制成太阳能电池板，用于发电、供电等。
2. 光伏发电系统：非晶硅太阳电池可以作为光伏发电系统中的核心部件，用于将光能转换为电能。
3. 便携式充电器：非晶硅太阳电池可以制成便携式充电器，用于为手机、平板等设备充电。
六、结语随着可再生能源的需求不断增加，非晶硅太阳电池将会有更广阔的应用前景。
PIN型非晶硅薄膜太阳电池仿真研究
·368 ·
收稿日期 :2009 - 08 - 27.
光生载流子的主要产生层和输运层 ,其厚度对电池 性能的影响最大 ,但是有关 n 层厚度研究的报道较 少 。本文运用一维微光电子结构分析模型 AM PS2 1D ,从仿真角度寻求 n 层和 i 层厚度的最佳组合 ,为 实际制备 PIN 型非晶硅薄膜太阳电池提供理论指 导。
图 1 p2i2n 型非晶硅太阳电池的结构示意图 ·367 ·
SEMICOND UCTOR OPTOEL ECTRONICS Vol. 31 No. 3
1 物理模型与参数设置
AMPS - 1D 程序的主要功能是用来计算固体 器件中的输运物理特性[8] 。在程序中 ,建立了自由 载流子浓度 、受陷电子和受陷空穴浓度及电离施主
曾 睿 等 : PIN 型非晶硅薄膜太阳电池仿真研究
条件下的能带分布图 。从能带图的分析可知 ,要获 得高的光电转化效率 ,必须加强可见光在耗尽层的 吸收 ,i 层厚度的选择对器件整体性能有着非常重要 的影响 :太薄 ,不利于器件对光的吸收和光生载流子 的产生 ;太厚 ,则非晶硅材料缺陷态密度高 、电子空 穴对的复合增强产生的光生载流子不能被电极有效 捕获 。显然 ,对 i 层厚度寻求一个最佳值显得非常 必要 。
典型的非晶硅太阳电池结构如图 1 所示 ,p 、i 、n 层分别为重掺杂硼 、本征和重掺杂磷非晶硅薄膜材 料[627] 。其中 ,p 层在 p2i2n 结构电池中是受光面 ,不 仅要有较高的电导率 ,还要有较高的光透射率 ,一般 膜厚严格控制在 20 nm 左右 。这样 ,i 层和 n 层的厚 度组合变化较多 ,对电池性能的影响较大 。i 层作为
非晶硅太阳能电池的光伏特性的开题报告
非晶硅太阳能电池的光伏特性的开题报告一、研究背景在全球范围内，对于太阳能电池的需求越来越大，因为太阳能电池可以转化为洁净的电能，同时也可以减少化石能源的使用。
非晶硅太阳能电池由于其制造成本低廉、制造工艺简单及转化效率高等优点，近年来得到了广泛的研究和应用。
因此，探究非晶硅太阳能电池的光伏特性，并寻找提高其转化效率的方法，具有重要的现实意义。
二、研究目的本研究旨在探究非晶硅太阳能电池的光伏特性，包括其I–V特性、效率与光谱灵敏度等，并结合研究结果提出提高其转化效率的方法。
三、研究内容及方法1. 理论分析：对非晶硅太阳能电池的工作原理、制备工艺、光伏特性和转化效率等进行理论分析，为后续实验研究奠定基础。
2. 实验设计：通过搭建太阳能电池测试系统，分别测量非晶硅太阳能电池的I–V 特性、效率与光谱灵敏度等，测试其电流、电压和功率等参数，并记录实验数据。
3. 数据分析：根据实验数据，分析非晶硅太阳能电池的光伏特性，并探究其转化效率的影响因素，如光强度、光谱成分等。
4. 结果讨论：结合理论分析和实验数据，讨论非晶硅太阳能电池的光伏特性和转化效率，提出相应的改进建议。
四、预期成果本研究旨在通过理论分析和实验研究，探究非晶硅太阳能电池的光伏特性，并提出相应的改进建议，为提高其转化效率提供参考。
预期成果包括：1.非晶硅太阳能电池的 I–V 特性、效率与光谱灵敏度等数据；2.对非晶硅太阳能电池的光伏特性进行的理论分析和讨论；3.提出提高非晶硅太阳能电池转化效率的改进建议。
五、进度安排本研究将于 202X 年X月开始，采用以下进度安排：1. 202X年X月-202X年X月：文献调研和理论分析；2. 202X年X月-202X年X月：实验设计和数据采集；3. 202X年X月-202X年X月：数据分析和结果讨论；4. 202X年X月-202X年X月：论文撰写和提交。
六、参考文献1. Yu, Y., Baek, S. H., & Guha, S. (2000). High rate deposition of device quality μc-Si：H by VHF-GD and its application in a-Si：μc-Si tandem solar cells. Thin Solid Films, 361–362, 543–551.2. Xu, Q., Shen, W., Luan, C., & Zhang, J. (2010). Effects of SiOx and a-SiNx coating layers on tandem amorphous silicon solar cell. Thin Solid Films, 518(14), 3909–3912.3. Ahn, J., & Guha, S. (1990). High-efficiency p-i-n thin-film amorphous silicon solar cells. Applied Physics Letters, 56(5), 416–418.。
基于AMPS软件的微晶硅太阳电池最佳性能预测
基于AMPS软件的微晶硅太阳电池最佳性能预测
于丽娜;黎明;安艳辉
【期刊名称】《电源技术》
【年(卷),期】2017(041)006
【摘要】以太阳电池模拟软件AMPS-1D为基础研究窗口层厚度、前端接触势垒等因素对微晶硅薄膜太阳电池的p层势垒和内建电势的影响,同时预测该因素对太阳电池性能的影响.研究结果表明,前端接触势垒越大,微晶硅太阳电池的性能越好,当前端接触势垒小于1.32 eV时,p层厚度对电池性能的影响显著,当p层厚度为14 nm时,所得微晶硅太阳电池的性能最佳.
【总页数】3页(P893-895)
【作者】于丽娜;黎明;安艳辉
【作者单位】河北工业职业技术学院,河北石家庄050000;河北工业大学,河北廊坊065000;河北省工业和信息化厅,河北石家庄050200
【正文语种】中文
【中图分类】TM615
【相关文献】
1.基于FINE软件的轴流泵叶轮流动分析及性能预测 [J], 曾永忠;刘小兵;宋文武;符杰
2.新型太阳电池模拟软件—wxAMPS [J], 刘一鸣;孙云;Angus Rockett
3.基于BP神经网络太阳电池板最佳倾角算法 [J], 胡海燕;乐斌;胡克满
4.基于BP神经网络算法的橡胶配方性能预测软件 [J], 黄乐;谭锋;肖风亮
5.基于CPM-Dairy软件评估饲粮有效营养价值对荷斯坦奶牛生产性能预测的有效性及瘤胃微生物区系和血清生化指标的影响 [J], 武圣儒;乔雨;郑辰;赵聪聪;雷新建;曹阳春;姚军虎
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非晶硅太阳能电池
＋E
＋E
RW
IB
D
IB
(a)
(b)
图2.4.11 用可变电阻RW、二极管D产生所需的附加电压
2) 作电压源使用
硅光电池的开路（负载电阻RL趋于无限大时） 电压与照度的关系是非线性的,因此,作为测量 元件使用时,一般不宜当作电压源使用。而且硅 光电池的开路电压最大也只有0.6V左右,因此如 果希望得到大的电压输出,不如采用光电二极管 和光电三极管,因为它们在外加反向电压下工作, 可得到几伏甚至十几伏的电压输出。但如果照 度跳跃式变化,如从零跳变至某值,对电压的线 性关系无要求,光电池可有0.5V左右(开路电压) 的电压变化,亦可适合于开关电路或继电器工作 状态。
表2.4.1 几种硅光电池的性能参数
3.电路分析和计算
1) 作电流源使用
光电池短路电流与照度有较好的线性关系,作为测量 元件使用时,常当作电流源使用。光电池的受光面积,一般 要比光电二极管和光电三极管大得多,因此它的光电流比 后两者大,受光面积越大光电流也越大,适于需要输出大电 流的场合。
前面图2.4.8已给出了硅光电池的输出伏安特性曲线。 由图可见,对于0.5kΩ的负载线,照度每变化100lx时,相应 的负载线上的线段基本上相等,输出电流和电压随照度变 化有较好的线性。而对于3kΩ的负载线,照度每变化100lx 时,相应的负载线上的线段不等,输出电流和电压与照度的 关系就会出现非线性。
4) 温度特性
光电池的温度特性是指开路电压Uoc 和 短 路 电 流 Isc 随 温 度 变 化 的 关 系 。 图 2.4.7为硅光电池在照度为1000lx下的温 度特性曲线。由图可知,开路电压随温度 上升下降很快,但短路电流随温度的变化 较慢。
温度特性影响应用光电池的仪器设备 的温度漂移,以及测量精度或控制精度等 重要指标。当其用作测量器件时,最好能 保持温度恒定或采取温度补偿措施。
非晶硅晶体硅HIT太阳电池研究
非晶硅/晶体硅HIT太阳电池研究摘要：运用AMPS程序模拟计算了p-型非晶硅/n-型晶体硅HIT(Heterojunction with Intrinsic Thin layer)异质结太阳电池的光伏特性。
通过对不同带边补偿情况下的计算结果同文献报道相比较，得出导带补偿小部分(0.18eV)，价带补偿大部分(0.5eV)的基本结论。
同时还证实，界面态是决定电池性能的关键因素，显著影响电池的开路电压（V OC）和填充因子（FF）。
最后计算了这种电池理想情况下（无界面态、有背面场、正背面反射率分别为0和1）的理论效率Eff=27% (AM1.5 100MW/cm2 0.40-1.10μm波段)。
关键词：a-Si:H/c-Si异质结，太阳电池，计算机模拟1 前言晶体硅太阳电池具有转换效率高，生产技术成熟的优点，一直以来占据太阳电池世界总产量的绝大部分[1]。
但传统晶体硅太阳电池生产中的高温（9000C以上）扩散制结工艺又限制了生产效率的提高和产品成本的进一步降低。
多年来各国科学家一直在努力研究探索低成本高产量的高效薄膜太阳电池制造技术[2]。
氢化非晶硅（a-Si:H）太阳电池生产工艺温度较低（4000C以下），便于大规模生产，因此受到各国科学家的普遍重视并得到迅速发展[3]。
但是，氢化非晶硅（a-Si:H）太阳电池的光致退化（Staebler-Wronski效应）问题始终没有得到很好的解决，同时其光电转换效率还有待进一步提高。
一条可行的途径是用宽带隙的a-Si作为窗口层或发射极，单晶硅、多晶硅片作衬底，形成所谓的异质结太阳电池[4,5]。
这种电池既利用了薄膜制造工艺优势同时又发挥了晶体硅和非晶硅的材料性能特点，具有实现高效低成本硅太阳电池的发展前景。
本文运用AMPS-1D[6]计算机模拟程序分析模拟了这种结构，并就相关物理问题作了初步探讨。
2 物理模型模拟分析的太阳电池材料和结构参数见表-1。
衬底为250微米厚的n-型晶体硅（掺杂浓度为1.4×1016cm-3），n+层（掺杂浓度为2.5×1020cm-3）厚度为100nm。
太阳能电池特性实验仪实验指导说明
太阳能电池特性实验实验指导及操作说明书中南大学物理实验中心太阳能电池特性实验本实验研究单晶硅，多晶硅，非晶硅3种太阳能电池的特性。
实验内容1． 太阳能电池的暗伏安特性测量2． 测量太阳能电池的开路电压和光强之间的关系 3． 测量太阳能电池的短路电流和光强之间的关系 4． 太阳能电池的输出特性测量实验原理太阳能电池利用半导体P-N 结受光照射时的光伏效应发电，太阳能电池的基本结构就是一个大面积平面P-N 结，图1为P-N 结示意图。
P 型半导体中有相当数量的空穴，几乎没有自由电子。
N 型半导体中有相当数量的自由电子，几乎没有空穴。
当两种半导体结合在一起形成P-N 结时，N区的电子（带负电）向P 区扩散， P 区的空穴（带正电）向N 区扩散，在P-N 结附近形成空间电荷区与势垒电场。
势垒电场会使载流子向扩散的反方向作漂移运动，最终扩散与漂移达到平衡，使流过P-N 结的净电流为零。
在空间电荷区内，P 区的空穴被来自N 区的电子复合，N 区的电子被来自P 区的空穴复合，使该区内几乎没有能导电的载流子，又称为结区或耗尽区。
当光电池受光照射时，部分电子被激发而产生电子－空穴对，在结区激发的电子和空穴分别被势垒电场推向N 区和P 区，使N 区有过量的电子而带负电，P 区有过量的空穴而带正电，P-N 结两端形成电压，这就是光伏效应，若将P-N 结两端接入外电路，就可向负载输出电能。
在一定的光照条件下，改变太阳能电池负载电阻的大小，测量其输出电压与输出电流，得到输出伏安特性，如图2实线所示。
负载电阻为零时测得的最大电流I SC 称为短路电流。
负载断开时测得的最大电压V OC 称为开路电压。
太阳能电池的输出功率为输出电压与输出电流的乘积。
同样的电池及光照条件，负载电阻大小不一样时，输出的功率是不一样的。
若以输出电压为横坐标，输出功率为纵坐标，绘出的P-V曲线如图2点划线所示。
输出电压与输出电流的最大乘积值称为最大输出功率P max 。
太阳光模拟器光谱对光伏组件I-V特性测试的影响分析
太 阳 能第1期 总第357期2024年1月No.1 Total No.357Jan., 2024SOLAR ENERGY0 引言自2015年发射极钝化和背面接触(PERC)光伏组件面向光伏市场并逐渐取代传统铝背场光伏组件以来，经过多年发展，PERC光伏组件的光电转换效率已接近理论极限，提升速度缓慢，在此情况下，生产厂家开始将目光投向异质结(HJT)、全背电极接触(IBC)、隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)等光电转换效率更高的光伏组件[1-3]。
由于光伏组件类型不同，其光谱响应能力也不同，导致进行光伏组件I-V特性测试时使用的太阳光模拟器存在光谱失配的情况[4]，影响测试结果。
基于此，本文选取3台以氙灯作为光源的不同品牌的太阳光模拟器，分别测试其光谱辐照度，并采用这3台太阳光模拟器分别测试市场上常见类型光伏组件的光谱响应特性，然后通过计算光谱失配因子来分析评估太阳光模拟器光谱对光伏组件I-V特性测试的影响。
1 太阳光模拟器光谱IEC 60904-9: 2020《Photovoltaic devices——Part 9: Classification of solar simulator characteristics》[5]可用于评价太阳光模拟器性能，其在AM1.5下评价太阳光模拟器光谱时用到的参数包括光谱匹配度、光谱覆盖率(SPC)和光谱偏离率(SPD)。
其中，光谱匹配度为各波长区间内太阳光模拟器光谱的辐照度占比与相应波长区间内标准太阳光谱(AM1.5G)的辐照度占比的比值，是评价太阳光模拟器光谱的主要指标。
而SPC和SPD主要用于反映光谱匹配度无法体现的偏差。
目前，太阳光模拟器主要采用3种光源，分别为卤素灯、氙灯及LED灯。
其中，卤素灯光谱与AM1.5G差异较大，其主要用于光伏组件的光致衰减、热斑、温升等实验测试，而不用于DOI: 10.19911/j.1003-0417.tyn20221122.04 文章编号：1003-0417(2024)01-77-06太阳光模拟器光谱对光伏组件I-V特性测试的影响分析陈昊旻*，朱冰洁(无锡市检验检测认证研究院，无锡 214000)摘 要：太阳光模拟器是目前测试光伏组件I-V特性的主流设备，然而其光谱辐照度与标准太阳光谱(AM1.5G)的辐照度存在差异，此差异是造成测试结果偏差的主要原因之一。
非晶硅太阳电池的原理
非晶硅太阳电池的原理非晶硅太阳电池是20世纪70年代中期发展起来的一种新型薄膜太阳电池，与其他太阳电池相比，非晶硅电池具有以下突出特点：1).制作工艺简单，在制备非晶硅薄膜的同时就能制作pin结构。
2).可连续、大面积、自动化批量生产。
3).非晶硅太阳电池的衬底材料可以是玻璃、不锈钢等，因而成本小。
4).可以设计成各种形式，利用集成型结构，可获得更高的输出电压和光电转换效率。
5).薄膜材料是用硅烷SiH4等的辉光放电分解得到的，原材料价格低。
1.非晶硅太阳电池的结构、原理及制备方法非晶硅太阳电池是以玻璃、不锈钢及特种塑料为衬底的薄膜太阳电池，结构如图1所示。
为减少串联电阻，通常用激光器将TCO膜、非晶硅(A-si)膜和铝(Al)电极膜分别切割成条状，如图2所示。
国际上采用的标准条宽约1cm,称为一个子电池，用内部连接的方式将各子电池串连起来，因此集成型电池的输出电流为每个子电池的电流，总输出电压为各个子电池的串联电压。
在实际应用中，可根据电流、电压的需要选择电池的结构和面积，制成非晶硅太阳电池。
1.1 工作原理非晶硅太阳电池的工作原理是基于半导体的光伏效应。
当太阳光照射到电池上时，电池吸收光能产生光生电子—空穴对，在电池内建电场V b 的作用下，光生电子和空穴被分离，空穴漂移到P 边，电子漂移到N 边，形成光生电动势V L , V L 与内建电势V b 相反，当V L = V b 时，达到平衡; I L = 0, V L 达到最大值，称之为开路电压V oc ; 当外电路接通时，则形成最大光电流，称之为短路电流I sc ，此时V L= 0;当外电路加入负载时，则维持某一光电压V L 和光电流I L 。
其I--V 特性曲线见图3非晶硅太阳电池的转换效率定义为:P i 是光入射到电池上的总功率密度，I sc 是短路电流密度，FF 为电池的填充因子，V oc 为开路电压，I m 和 V m 分别是电池在最大输出功率密度下工作的电流密度和电压。
非晶硅太阳电池
非晶硅太阳电池引言1976年卡尔松和路昂斯基报告了无定形硅（简称a一Si）薄膜太阳电他的诞生。
当时、面积样品的光电转换效率为2．4％。
时隔20多年，a一Si太阳电池现在已发展成为最实用廉价的太阳电池品种之一。
非晶硅科技已转化为一个大规模的产业，世界上总组件生产能力每年在50MW以上，组件及相关产品销售额在10亿美元以上。
应用范围小到手表、计算器电源大到10Mw级的独立电站。
涉及诸多品种的电子消费品、照明和家用电源、农牧业抽水、广播通讯台站电源及中小型联网电站等。
a一Si太阳电池成了光伏能源中的一支生力军，对整个洁净可再生能源发展起了巨大的推动作用。
非晶硅太阳电他的诞生、发展过程是生动、复杂和曲折的，全面总结其中的经验教训对于进一步推动薄膜非晶硅太阳电池领域的科技进步和相关高新技术产业的发展有着重要意义。
况且，由于从非晶硅材料及其太阳电池研究到有关新兴产业的发展是科学技术转化为生产力的典型事例，其中的规律性对其它新兴科技领域和相关产业的发展也会有有益的启示。
本文将追述非晶硅太阳电他的诞生、发展过程，简要评述其中的关键之点，指出进一步发展的方向。
1．非晶硅太阳电他的诞生1．1社会需求催生a一Si太阳电池太阳电池在70年代中期诞生，这是科学家力图使自己从事的科研工作适应社会需求的一个范例。
他们在报告中提出了发明非晶硅太阳电他的两大目标：与昂贵的晶体硅太阳电池竞争；利用非晶硅太阳电池发电，与常规能源竞争。
70年代曾发生过有名的能源危机，这种背景催促科学家把对a-Si材料的一般性研究转向廉价太阳电池应用技术创新，这种创新实际上又是非晶半导体向晶体半导体的第三次挑战。
太阳电池本来是晶体硅的应用领域，挑战者称，太阳电池虽然是高品位的光电子器件，但不一定要用昂贵的晶体半导体材料制造，廉价的非晶硅薄膜材料也可以胜任。
1．2非晶硅太阳电池的理论与技术基础的确立无定形材料第一次在光电子器件领域崭露头角是在1950年。
非晶硅响应曲线
非晶硅响应曲线
非晶硅响应曲线是指非晶硅太阳能电池在不同光照强度下的电流输出与光照强度之间的关系。
通常来说，非晶硅太阳能电池的响应曲线呈现出一个类似于" S "型的曲线，也称为J-V曲线。
这条曲线可以用来描述非晶硅太阳能电池的性能，包括其最大电流（短路电流）和最大电压（开路电压）等参数。
在非晶硅太阳能电池中，当光照射到电池表面时，光子被吸收并释放出电子-空穴对。
这些电子-空穴对会在电池内部发生漂移和扩散，最终形成电流。
随着光照强度的增加，电流输出也会相应增加，但是电池的电压也会下降，因此在J-V 曲线上出现一个最大点，也就是最大输出功率点。
非晶硅太阳能电池的响应曲线还受到其结构和材料性质的影响。
例如，电池的厚度、材料的掺杂浓度和材料的晶化程度等因素都会影响其响应曲线。
通过对非晶硅太阳能电池的响应曲线进行分析，可以优化其性能，并提高其转换效率。
非晶硅参考太阳电池的室外标定
非晶硅参考太阳电池的室外标定
李长健;赵建国
【期刊名称】《南开大学学报：自然科学版》
【年(卷),期】1990(000)002
【总页数】6页(P90-95)
【作者】李长健;赵建国
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TM914.41
【相关文献】
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0?>0 和 0?0A 1B% 计算中， 光照条件为 &’>?D， >00 9E439! % 光吸 ［C］ 收系数表示为
! （& ［ （& ， " #）, ’ # - # F ）4 & #］ 式中 ’ 和 # F 的数值见表 > %
［*4］ 大差距， 界面同样存在大量界 B;:8" 以及 +8,(?CD 面态， 这些界面态引起费米能级的钉扎， 界面间形成
<0=>??@A 势垒 ! 我们模拟研究了 B;:8" 和 +8,(?CD 的 对 "$+ 太阳电池 <0=>??@A 势垒高度 # " 和 #（如图 E） + 的光电特性的影响 !
［(］ （+/012343 56 ,47859197:85/47 0/; -<5:5/47 .:8=7:=893） 重点分析了非晶硅太阳电池中 BA4 和 >?@AB， /AE9:01
实验发现， 品质优良的非晶硅太阳电池， 其光暗 并且， !C " 特性近乎接近于二极管的理想特性曲线， 光暗 !C " 曲线基本遵循叠加原理， 如图 ! 所示 F
图3
（45* (6） 高密度缺陷态界面层后的 "8$ 间插入 * +, 宽带隙
平衡能带图
图E
B;:8" 和 +8,(?CD 界面能带结构示意图
图 / 所示为不同 B;:8" （ C） 和 +8,(?CD （ %） <0=>??@A 势垒高度 （ #" 和 #+ ） 时太阳电池光照 !9 " 曲线的计 算结果 ! 计算表明， # " 和 # + 同时影响太阳电池的光 电特性， 主要影响的是开路电压和填充因子 ! 表现在 当 # " 和 # + 其中一个的数值达到或超 !9 " 曲线上，
［*2］ 过 .57 (6 时 ， !9 " 曲线明显发生在大于 " :; 电压
范围的拐弯现象 ! 理论上 # " 和 # + 对非晶硅太阳电池的影响几
图7 "8$ 间插入 * +, 宽带隙高密度缺陷态界面层后的电池的
乎是对等的， 但考虑到非晶硅太阳电池光生空穴和 光生电子的不对等性， B;: # " 界面显得尤为重要 ! 实 际太阳电池中可能同时存在各种界面问题， !9 " 曲 线可能同时存在不同类型的拐弯现象 ! 同时考虑 " # $ 界面能带偏移和 B;: # " 或 +8,(?CD 界面势垒时， !9 "
运用 +,-. （+/012343 56 ,47859197:85/47 0/; -<5:5/47 .:8=7:=893） 模拟分析了 >?@ABC0C.4?： DA4C0C.4： DA/C0C.4： DAE9:01 结 构的异质结非晶硅太阳电池中的 BA4 界面的价带失配以及 >?@AB， /AE9:01 界面接触势垒对电池光电特性的影响 F 分 析总结了非晶硅基薄膜太阳电池中 !C " 曲线异常拐弯现象的种类和可能原因 F
（ S@.） 和载流子寿命 +,-.C!S 可 以 在 态 密 度 ［’］ （1469 :4E9） 两种半导体电子学描述模式下对器件 进行直流模拟 F 我们在模拟中用的是 S@. 模式 F 这 种模式下， 半导体的电子态分为导带、 价带扩展态， 导带、 价带带尾定域态以及隙间定域态 F 带尾定域态 主要由于键角畸变引起， 隙间定域态主要由悬键造
>@
参数 厚度 4$9 迁移率边禁带宽度 # 41B $ 光学禁带宽度 # F 41B ’ 值（ 4 39 - >4! 1B - >4! ） 电子亲合势 41B 掺杂浓度 ! + 439 - . 掺杂浓度 ! & 439
-.
#层 （ /=)#） D00 > % C0 > % G! C00 7 % 00 0 0
$层 （ /=)#） !D > % C0 > % G! G00 7 % 00 D H >0>@ 0
受主激活能 （高于价带） 41B 施主激活能 （低于价带） 41B 导带、 价带有效态密度 439
-. -.
0 % !D 0 % >0 ! % D H >0 D H >0
!0
! % D H >0 D H >0
图 . 所示为带尾态的分布示意图， 图中 ［ （ # 3 - #） ， "（ 4 #&］ / # ）, $ /0 12" ［ （ # - #6） ， "（ 4 #+］ 5 # ）, $ 50 12" 式中 # & 和 # + 表示带尾特征能量 %
表>
用于非晶硅 "#$ 太阳电池模拟的主要参数 "层 （ /=)#<） C > % @A > % C0 >0D0 . % @0 0 D H >0
以看出， " # $ 界面是非晶硅太阳电池的核心 ! 事实 的模拟计算已经表明， 上， 文献 ［*.］ " # $ 界面缺陷态 导致 " # $ 界面局部能带弯曲， 费米能级被钉扎在 " # $ 界面处的带隙中央 （如图 3 所示） ， 使得内建电场降 低， 光生载流子收集效率下降 ! 同时， 由于宽带隙界 面层带来的价带失配在 " # $ 界面处形成对光生空穴 的势垒， 阻碍光生空穴的收集 ! 从而造成了 !9 " 曲线 在 " :; 附近， 尤其是小于 " :; 电压范围的拐弯现象 ! ! " # " $%&’( 和 )’*+,-. 界面势垒的影响 非晶硅太阳电池的前后接 除了 " # $ 界面以外， 触也是非常关键的 ! 对于理想的欧姆接触， 界面间应 当不存在阻碍载流子收集的 <0=>??@A 势垒 ! 然而研 ［**］ 究发现 ， 由于 B;: 和非晶硅之间的功函数存在较
!0
! % D H >0!0 D H >0>G > % >! > % >! 0 % 0D 0 % 0. > % 0 H >0!> > % 0 H >0!>
缺陷态密度 ! +8 和 ! &8 439 图. 带尾缺陷态的分布示意图 # +:; 41B # &<( 41B
>G
>D
> % >! > % >! 0 % 0D 0 % 0. > % 0 H >0!> > % 0 H >0!>
!9 " 曲线
从图 7 的计算结果可以看出， 正是 "8$ 界面间这 层宽带隙高密度缺陷界面层的插入导致太阳电池光 照 !9 " 曲线开路电压附近的反常拐弯现象 ! 由此可
M期
胡志华等： 非晶硅太阳电池光照 !4 " 特性的 :;<. 模拟
NQAM
图6
&%7 界面层和 (%)*+’, 势垒对 !4 " 曲线的影响
关键词：非晶硅，太阳电池，计算机模拟
$"&&：G&*$H，%’&$I，’!%(
而另一种则是发生在 " @? 附近或是 " @? 的电压范围，
!R 引
言
小于 " @? 的电压范围， 或者是上述二者兼而有之 F 结合工艺过程和器件物理分析， 我们认为这种 !C " 曲线异常拐弯现象主要起因于各种界面问题 F 为此我们运用一维微光电子结构分析模型 +,-.C!S
D期
胡志华等： 非晶硅太阳电池光照 (= ) 特性的 &’() 模拟
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图!
"#$ 非晶硅太阳电池平衡能带图
图7
带隙间缺陷态的高斯分布模型
主态， 二者呈正相关能关系， 也就是说类施主态在 下， 类受主态在上 % 对隙间定域态密度， &’() 还提 我们用 供了一种平均分布的背景模式 % 对于非晶硅， 指数函数和双高斯分布函数分别描述带尾定域态和
价带尾态特征能量 # + 41B 导带尾态特征能量 # & 41B $ 5I 41B $ /I 41B
. % 结果与讨论
! " # " $%& 界面能带失配的影响 作者曾对非晶硅太阳电池 "4# 界面缺陷态以及 ［@］ 插入 JKLL1M 层的影响进行过模拟分析， 界面缺陷
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