武汉理工大学《专业课程设计3（半导体物理）》课程设计说明书
4调试过程及结论
首先考虑电池结构为不含有i层的n/p型的太阳能电池，即本征层厚度选取为0。取发射层厚度为5nm。此时太阳电池的V-I特性曲线如图8所示。
图8 太阳电池的V-I特性曲线
此时n/p型异质结太阳电池的特性参数为：Voc=547.7mV，Jsc=43.46mA/cm2，FF=80.95%,能量转换效率=19.27(未经过参数优化)。计算出Cell results如图9所示。
图9 n/p型异质结的Cell results
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4.1 本征层对电池性能的影响
4.1.1 本征层厚度的影响
在a-SiH与c-Si之间插入本征层的作用受界面态密度的影响，理论上认为本征非晶层的态密度要低于掺杂非晶体，因此采用本征非晶层做一层缓冲层，可降低非晶和晶体硅接触面上的界面态缺陷密度。从而提高n/p型高效异质结太阳能电池的能量转换效率。
太阳能电池光伏特性随着本征层厚度变化的情况如图10所示。从中可以看出，未插入本征层时，能量转换效率基本在19.2%左右，当本征层厚度增加到3nm左右时，能量转换效率取得一个峰值，大概在19.6%左右。但是随着厚度继续增加，能量转换效率一直在减小。超过一定厚度后，能量转换效率基本下降到未加本征层时的能量转换效率相当。
Voc的变化基本上在本征层厚度大于3nm后由590mV趋于一稳定值，大概为640mV左右。
Jsc随着本征层厚度增加先是略有上升，以39.9 mA·cm-2作为参考值，可较为明显看出。本征层厚度超过3nm后，Jsc便逐渐下降。
经过分析表明，本征层的厚度并不是影响电池转换效率的主要因素。因此，结合制作工艺的基础上，以及结合以上分析，选取最优本征层厚度为3nm，以达到最佳能量转换效率。
图10本征层厚度对太阳能电池性能的影响
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4.1.2 本征层能隙宽度的影响
实验表明，可以通过沉积参数来控制硅材料的晶化度，不同晶化度的硅材料的能隙宽度也不同，不同能隙宽度的薄膜材料对太阳能光伏特性会有不同的影响。为了找到合适的能隙宽度以达到最大的光电转化效率。需要对不同本征层能隙宽度的非晶硅进行研究，找到不同本征层能隙宽度对太阳能光伏电池特性的影响。
如图11所示，只改变本征层能隙宽度，保持发射层以及本征层其他参数不变，研究本征层能隙宽度对太阳能光伏电池特性的影响，可以看出，当本征层能隙宽度到达1.5eV之前，能量转换效率从18.5%一直提高至19.5%，本征层能隙宽度超过1.5eV后，能量转换效率基本保持稳定19.7%。Voc以及Jsc也基本在1.5eV左右达到稳定。Voc近似650mV，Jsc近似39.9mA·cm-2。填充因子FF在本征层能隙宽度到达1.5eV之后严重下降。从82%下降到76%。
其中在掺杂浓度和界面态密度一定的情况下，本征层能隙宽度的变化对开路电压影响最大，这是由于非晶硅/晶体硅异质节之间存在一定高度的势垒，因此异质结中载流子在界面隧穿几率很小，从而使得pn结反向饱和电流减小，提高了开路电压。
图11本征层能隙宽度对太阳能电池性能的影响
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4.2 发射层厚度对电池性能的影响。
发射层n层在不同厚度条件下太阳能电池的性能参数如图12所示，n/p型高效异质结太阳能电池的能量转化效率随着发射层厚度的增加从19.7%逐渐减少。
Voc随着发射层厚度的增加从645mV逐渐减少。 Jsc随着发射层厚度的增加从40mA·cm-2左右逐渐减少。
图12发射层厚度对电池性能的影响
4.3发射层厚度对光谱特性的影响
如图13所示，随着发射层厚度的增大，电池的短波响应逐渐减弱，这一结果将导致短路电流的减少。进而影响n/p型高效异质结太阳能电池的效率。从图12中可以看出随着发射层厚度的增加，n/p型高效异质结太阳能电池的能量转化效率逐渐减少。
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1.00 0.90 0.80 0.70 1nm3nm5nm10nm20nm30nm0.60 IQE0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 200.00 400.00 600.00 800.00 1000.00 1200.00 λ/nm图13发射层厚度对电池光谱特性的影响
4.4界面态的影响
从图14~图17中可以看出，当界面态缺陷密度Dit<1012cm-2·eV-1时，n/p型高效异质结太阳能电池的性能几乎不受界面态缺陷的影响。
当界面态缺陷密度从1012cm-2·eV-1增加到1015cm-2·eV-1时，n/p型高效异质结太阳能电池的能量转化效率从19.19%下降到6.16%。填充因子从77.01%下降到68.94%。Jsc从39.4mA·cm-2下降到19.6mA·cm-2。Voc从638.3mV下降到466.4mV。
Jsc的减小是由于光生载流子在界面内复合增加，但由于界面曾很薄，Jsc减小量较小。 Voc的减小主要是由于pn结反向饱和电流的增加，由于界面态密度的增加，载流子在界面复合的几率增大，导致反向饱和电流的增加。
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