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界面缺陷态密度与衬底电阻率取值对硅异质结光伏电池性能的影响

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隧穿结对柔性衬底非晶硅_微晶硅叠层太阳电池特性的影响

隧穿结对柔性衬底非晶硅_微晶硅叠层太阳电池特性的影响

第39卷第5期 人　工　晶　体　学　报 Vol .39　No .5　2010年10月 JOURNAL OF SY NTHETI C CRYST ALS Oct ober,2010　隧穿结对柔性衬底非晶硅/微晶硅叠层太阳电池特性的影响周丽华,刘　成,叶晓军,钱子勍,陈鸣波(上海空间电源研究所,上海200233)摘要:采用等离子体化学气相沉积(PECVD )方法在不锈钢柔性衬底上制备了不同厚度的硅基p +/n +隧穿结,应用于非晶硅/微晶硅叠层太阳电池,分析了其对太阳电池电学和光学特性的影响。

发现p +层厚度增加后,电池的开路电压提高,短路电流密度减小;随着n +层厚度的变化,电池的短路电流密度和填充因子均存在一个最佳值。

将优化后的p +/n +隧穿结分别应用于不锈钢衬底和聚酰亚胺衬底的非晶硅/微晶硅叠层太阳电池,分别获得了9.95%(A M0,1353W /m 2)和9.87%(AM0,1353W /m 2)的光电转换效率。

关键词:柔性衬底;隧穿结;非晶硅/微晶硅;叠层太阳电池中图分类号:O484;TK514文献标识码:A文章编号:10002985X (2010)0521136205Effect of Tunnel Juncti on s on Properti es of Am orphousS ili con /M i crocryst a lli n e S ili con Tandem Sol ar Cells on Flex ible Substra tesZHOU L i 2hua,L IU Cheng,YE X iao 2jun,Q IAN Z i 2qing,CHEN M ing 2bo(Shanghai I nstitute of Space Power 2s ources,Shanghai 200233,China )(Received 5M ay 2010,accepted 29June 2010)Abstract:Series of p +/n +tunnel juncti ons with different thickness of a mor phous silicon /m icr ocrystallinesilicon s olar cells were p repared by p las ma enhanced che m ical vapor depositi on (PECVD ).Theinfluences of p +/n +tunnel juncti ons on the electrical and op tical p r operties of s olar cells wereinvestigated .It is f ound that the open circuit voltage increased and the short circuit current decreased asthe thickness of p +layer increasing,and the short circuit current and FF have a best value when thethickness of n+layer changes .W ith the op ti m ized p +/n +tunnel juncti ons,a mor phous silicon /m icr ocrystalline silicon tande m s olar cells on stainless steel flexible substrates with conversi on efficiencyof 9.95%(AM0,1353W /m 2)and on polyi m ide with 9.35%(AM0,1353W /m 2)were obtained .Key words:flexible substrates;tunnel juncti ons;a mor phous silicon /m icr ocrystalline silicon;tande m s olar cells 收稿日期:2010205205;修订日期:2010206229 基金项目:上海市博士后科研资助计划项目(08R21420200);上海市引进技术的吸收与创新计划项目(07X I 22016) 作者简介:周丽华(19832),女,江苏省人,工程师。

界面缺陷态密度与衬底电阻率取值对硅异质结光伏电池性能的影响

界面缺陷态密度与衬底电阻率取值对硅异质结光伏电池性能的影响
［ 16 ］
；另 一 方 面， 背界面缺
* 国家自然科学基金（ 批准号：60977048 ） 、 “钱江人才计划 ” （ 批准号：2007R10015 ） 、 浙江省 宁波市重点 实 验 室 基 金 （ 批 准 号：2007 A22006 ） 和宁波大学王宽成幸福基金资助的课题 . E-mail ： ejzhou@ yahoo. com. cn
第 59 卷 第 12 期 2010 年 12 月 10003290 /2010 /59 （ 12 ） /8870-07
物
理
学
报ห้องสมุดไป่ตู้
ACTA PHYSICA SINICA
Vol. 59 ， No. 12 ， December ， 2010 2010 Chin. Phys. Soc.
界面缺陷态密度与衬底电阻率取值对硅异质结 * 光伏电池性能的影响
f n ［ 8］
在电池背面制备了 池前端制备了铝金 属 栅 线 电 极， 一层铝金属层背电极 .
： （4） （5） （6） （7） （8） （9） 模拟 计 算 中 使 用 的 部 分 参 数 如 表 1 所 列 . 这 些 结构 参 数 中 除 了 可 变 参 数 外，均 取 自 AFORS-HET 6， 19 ］ 软件的默认 值 . 另 外， 参 照 文 献［ 中关于缺陷 态的参数对各层和 界 面 层 的 缺 陷 态 进 行 设 置 . 取 衬 底 c-Si （ p ） 层中由 氧 引 入 的 体 缺 陷 态 位 于 带 隙 中 距
［ 7 ，8 ］
对于以 p 型单晶硅为衬底的硅异质结 （ SHJ ） 太 阳电池， 异质结界面特性对电池性能有显著的影 响
［ 1 ，2 ］
. 文 献［ 9， 10 ］ 的 研 究 表 明： 在 不

掺杂层对非晶硅异质结太阳电池特性影响的研究

掺杂层对非晶硅异质结太阳电池特性影响的研究

江西电力·20202020年第6期总第231期掺杂层对非晶硅异质结太阳电池特性影响的研究黄冬松1，曾祥2，李亚芬3（1.国家电投集团能源科技工程有限公司，上海200233；2.国网江西省电力有限公司电力科学研究院，江西南昌330096；3.国网江西省电力有限公司检修分公司，江西南昌330029）摘要：近非晶硅/单晶硅异质结太阳电池因其较大的技术优势而受到广泛关注，但由于器件结构较为复杂，引入了较多的界面缺陷，即使沉积的薄膜具备良好的光电特性，所制备出的器件也不一定有高的转换效率。

通过对p 型及n 型非晶硅沉积层分别进行掺杂，根据实验结果，随着掺杂浓度的增加，非晶硅层的钝化质量逐渐降低，界面上缺陷态密度逐渐增加，且掺杂气体PH3比B2H6可更好地掺入到薄膜中。

分别采用p 型及n 型非晶硅层制作成异质结太阳电池，通过电池特性参数可以推断出：当掺杂量足够高到可以产生足够的场效应来推动载流子运输，并且足够低到可以避免产生过多缺陷时，电池性能最佳。

此外，研究还发现：n 型非晶硅层更适合做电池背表面场，而p 型非晶硅层更适合做电池正面。

关键词：太阳电池；异质结；非晶硅；掺杂中图分类号：TM914.4+1文献标志码：A文章编号：1006-348X （2020）06-0031-030引言随着全球能源短缺问题日益凸显，太阳能光伏产业得到了迅猛发展，太阳能电池的种类也衍生出很多分支。

其中，非晶硅/单晶硅异质结太阳电池由于其工艺温度低、温度系数小、转换效率较高等优点而受到广泛关注。

从1990年起，三洋公司（现已被松下收购）便一直通过所谓的HIT 太阳电池结构体现着这种技术潜在的优势，并于1997年实现HIT 太阳电池的产业化。

对于高效率异质结太阳电池，晶体硅的表面钝化是非常重要的参数。

通过减少电池的厚度而降低太阳电池成本势必会使电池表面积与体积比值的增加，因此，为了有效地钝化PN 结，需要在晶体硅基片的正反两面都使用较高质量的氢化非晶硅层，目的在于降低掺杂非晶硅层中高缺陷态密度对异质界面的影响[1-2]。

本征氢化非晶硅薄膜厚度对其钝化性能和HIT_太阳电池电性能的影响

本征氢化非晶硅薄膜厚度对其钝化性能和HIT_太阳电池电性能的影响

太　阳　能第11期　总第355期2023年11月No.11　Total No.355 Nov., 2023SOLAR ENERGY0 引言晶体硅异质结(HIT)太阳电池因具有高光电转换效率、低温度系数、无光致衰减及电致衰减、制备工艺简单、制程温度低等诸多优势，引起了中国光伏行业人员的极大兴趣。

但由于HIT太阳电池的核心技术专利归属于日本三洋公司，且该公司一直对核心技术严密封锁，导致国内此类太阳电池技术的研究进展缓慢。

2015年，三洋公司的HIT技术专利保护结束，技术壁垒消除，带来了大力发展和推广HIT技术的大好时机，国内掀起了研究和发展HIT技术的热潮。

HIT太阳电池的核心技术是通过在硅片表面沉积1层高质量的本征氢化非晶硅薄膜，与硅片表面的悬挂键和缺陷结合，使形成的异质结界面悬挂键少、缺陷态密度低，从而获得良好的钝化效果[1]。

但相比于掺杂非晶硅薄膜，本征氢化非晶硅薄膜的电导率较低，若该层薄膜较厚，会导致HIT太阳电池的光电转换效率下降[2]。

截至2017年，HIT太阳电池的实验室最高光电转换效率为26.7%[3]。

国内学者对本征非晶硅薄膜的研究较多。

张王飞等[4]采用AFORS-HET模拟软件对双面HIT 太阳电池的发射层、本征层、背场进行了数值模拟与优化，理论计算结果表明：优化后，双面HIT太阳电池的光电转换效率高达29.17%。

陈仁芳等[5]研究了氢注入对硅HIT太阳电池的本征非晶硅薄膜的影响，研究结果表明：适当的氢注入可以提高本征非晶硅薄膜的氢含量，降低微结构因子，从而显著提高异质结界面的钝化质量。

DOI: 10.19911/j.1003-0417.tyn20220822.02 文章编号：1003-0417(2023)11-25-08本征氢化非晶硅薄膜厚度对其钝化性能和HIT太阳电池电性能的影响杜敬良1，张会学2，姜利凯2，勾宪芳2，刘海涛1，王丽婷1*(1. 中节能太阳能科技(镇江)有限公司，镇江 212132；2. 中节能太阳能股份有限公司，北京 100082)摘　要：以异质结(HIT)太阳电池的本征氢化非晶硅薄膜为研究对象，该HIT太阳电池采用n型硅片作为晶硅衬底，其n型电子传输层(下文简称为“n面”)为入光侧，p型空穴传输层(下文简称为“p面”)为背光侧。

异质结电池简介

异质结电池简介

异质结电池简介HIT是Heterojunction with Intrinsic Thin－layer的缩写，意为本征薄膜异质结，因HIT已被日本三洋公司申请为注册商标，所以又被称为HJT或SHJ（Silicon Heterojunction solar cell）。

1992年三洋公司的Makoto Tanaka和Mikio Taguchi 第一次成功制备了HIT（HeterojunctionwithIntrinsic ThinLayer）电池。

日本Panasonic 公司于2009年收购三洋公司后，继续HIT电池的开发。

HIT电池结构，中间衬底为N型晶体硅，通过PECVD方法在P型a-Si和c-Si 之间插入一层10nm厚的i-a-Si本征非晶硅，在形成pn结的同时。

电池背面为20nm厚的本征a-Si：H和N型a-Si：H层，在钝化表面的同时可以形成背表面场。

由于非晶硅的导电性较差，因此在电池两侧利用磁控溅射技术溅射TCO膜进行横向导电，最后采用丝网印刷技术形成双面电极，使得HIT电池有着对称双面电池结构。

开路电压大的原因：除了掺杂浓度差形成的内建电池外；材料的禁带宽度的差别也会进一步增加电池的内建电势。

在电池正表面，由于能带弯曲，阻挡了电子向正面的移动，空穴则由于本征层很薄而可以隧穿后通过高掺杂的p＋型非晶硅，构成空穴传输层。

同样，在背表面，由于能带弯曲阻挡了空穴向背面的移动，而电子可以隧穿后通过高掺杂的n＋型非晶硅，构成电子传输层。

通过在电池正反两面沉积选择性传输层，使得光生载流子只能在吸收材料中产生富集然后从电池的一个表面流出，从而实现两者的分离。

最常见的是p型硅基异质结太阳能电池，其广泛应用于光伏产业，因为p 型硅片是常见的光伏材料且以p型单晶硅为衬底的电池接触电阻较低，但是由于硼和间隙氧的存在，使得以p型单晶硅为衬底的太阳电池有较严重的光照衰减问题。

且由于c-Si(p)/a-Si(i/p)界面氢化非晶硅价带带阶（0.45ev）要比导带带阶大（0.15ev），n型硅基比p型硅基更适合双面异质结太阳能电池。

界面缺陷态密度与衬底电阻率取值对硅异质结光伏电池性能的影响

界面缺陷态密度与衬底电阻率取值对硅异质结光伏电池性能的影响

界面缺陷态密度与衬底电阻率取值对硅异质结光伏电池性能的影响*周骏1,2,邸明东2,孙铁囤3，孙永堂2，汪昊2（1.宁波大学理学院光学与光电子技术研究所, 浙江宁波315211)（2.江苏大学机械工程学院光信息科学与技术系, 江苏镇江212013）（3.常州亿晶光电科技有限公司, 江苏常州213223）在不同的异质结前界面缺陷态密度(D it1)和异质结背界面缺陷态密度(D it2)条件下，对P型单晶硅(c-Si(p))为衬底的硅异质结太阳能电池（TCO / a–Si: H (n+) / c–Si (p) / a–Si: H (p+) / TCO）的衬底电阻率R与电池性能的关系进行数值研究。

结果表明：衬底电阻率R的取值不仅决定于异质结前界面缺陷态，也与异质结背界面缺陷态有关，即前界面缺陷态密度D it1决定衬底电阻率的最优值R op，且R op随着D it1的增大而增大; R>R op时, 背界面缺陷态密度D it2对衬底电阻率的可取值范围具有较大影响，D it2越大可取衬底电阻率的范围越小。

关键词：SHJ太阳能电池；c–Si (p)衬底电阻率；c–Si (p)/(a–Si: H)界面缺陷；AFORS_HETPACC:7340L, 8630J, 61851 引言对于以c-Si(p)为衬底的硅异质结（SHJ）太阳能电池，异质结界面特性对电池的性能有显著影响[1-2]，如衬底电阻率与异质结界面c–Si耗尽区厚度的关系，以及由此引起的硅异质结太阳能电池性能的变化[3]等。

然而，对于c-Si(p)衬底电阻率与硅异质结太阳能电池性能的关系，目前研究的还不够深入，长期以来都是将R=1.0Ωcm作为衬底的最佳电阻率，而将R=1.0~25.0Ωcm视为可用的衬底电阻率[4-5]。

最近，文献[6]研究不同前异质结界面缺陷态密度情况下衬底电阻率与电池性能的关系，指出衬底电阻率最优值R op的取值将随着前界面缺陷态密度D it1的降低而减少，突破了人们一直以来认为R=1.0Ωcm为衬底的最佳电阻率的观点。

非晶硅窗口层微结构对晶体硅异质结太阳电池的影响-SKLPVST

非晶硅窗口层微结构对晶体硅异质结太阳电池的影响孙晨光2，张丽平1，刘文柱1，陈仁芳1，孟凡英1，包健2，陈奕峰2，冯志强2，刘正新1（1. 新能源技术中心，中科院上海微系统与信息技术研究所，上海200050 2. 光伏科学与技术国家重点实验室，常州天合光能有限公司，常州213031）1 研究背景与内容硅异质结（SHJ）太阳电池因其开路电压高、制备工艺温度低和高温特性优良等特点，成为较有竞争力的高效太阳电池之一。

2014年，日本Panasonic公司获得了开路电压为740 mV和转换效率为24.7%的双面对称结构的SHJ太阳电池[1]。

2015年，日本Kaneka公司的双面对称结构的SHJ太阳电池也获得了25.1%的高转换效率[2]。

SHJ太阳电池的关键钝化技术在于：位于晶体硅两侧表面的高质量氢化非晶硅（a-Si:H）薄膜钝化层可以有效降低表面复合速率且提高少数载流子寿命（τeff）。

a-Si:H薄膜钝化层是取得高效SHJ 太阳电池的关键，其中位于入光面侧的非晶硅薄膜窗口层对电池的光吸收、载流子输运和收集起决定性作用。

本文的主要研究内容包括：1）利用等离子体增强化学气相沉积技术，通过调节氢稀释比例，获得了三种不同材料致密度的n型a-Si:H薄膜窗口层；2）将3种不同致密度a-Si:H薄膜应用在SHJ太阳电池中，分析了窗口层致密度对SHJ太阳电池性能的影响。

2 研究结果与讨论通过调节氢气和硅烷气体的流量比例，制备了三种不同微结构的i/n型复合a-Si:H薄膜窗口层。

利用分光椭偏仪对薄膜的微结构进行测试分析，图1为3种a-Si:H薄膜的介电函数虚部ε2随能量的变化。

由图可知，随着氢稀释比例的增加，三种薄膜材料对应的ε2max值逐渐增加，分别为22.72、23.73和24.17。

薄膜的介电函数的大小与a-Si:H薄膜的材料密度相关，介电函数值越大，薄膜的材料密度越大[3]。

相对于较低ε2max的薄膜，ε2max为24.17的薄膜内的弱键键合数量、空位、孔洞和氢含量较少，薄膜的光电特性相对较好。

表面电极和界面态对光伏性器件性能的影响研究概要

表面电极和界面态对光伏性器件性能的影响研究能源问题是21世纪人类面临的最重要问题之一,而在各种可再生新能源中,太阳能被认为是人类解决能源问题的最大希望。

本文运用AMPS-1D(Analysis ofMicroelectronic and Photonic Structures)程序系统模拟了Si材料和CdTe材料太阳能电池。

在光伏型器件研究的诸多问题中,我们着重分析了太阳能电池表面和界面态对器件性能的影响,设计了优化器件性能的表面和界面参数,讨论了现今太阳能电池制备条件下实现优化参数所面临的主要问题。

希望通过本文的理论研究为工艺改善提供依据。

太阳电池表面透明导电层(主要材料为铟锡氧化物)对生产高质量的太阳能电池起着至关重要的作用。

但是铟锡氧化物(ITO)对硅材料太阳能电池存在一个非常大的问题——相对于p型硅材料的较低的功函数。

本文系统分析了前端接触(铟锡氧化物ITO)对非晶硅(a-Si)太阳能电池和微晶硅(μc-Si)太阳能电池的性能影响。

分析表明,与微晶硅相比非晶硅更受φ_(ITO)(铟锡氧化物功函数)的影响。

随着φ_(ITO)的增加非晶硅的各项性能(如太阳能电池效率、填充因子等)显著改善。

而微晶硅的各项参数虽也随φ_(ITO)增加而改变但却更容易趋向于饱和。

在实际操作过程中可根据前端电极的性能来选择合适的P型硅材料。

界面问题通常也是影响异质结半导体器件性能的关键因素之一,本文研究了非晶硅与微晶硅太阳能电池i a-Si和n c-Si层的界面问题,研究发现界面问题会严重影响太阳能电池的性能,并可能是太阳能电池出现反常的拐弯现象(即所谓的S型曲线)的原因之一。

通过对比,我们发现由于两者的能带差异使得微晶硅太阳能电池受i a-Si/n c-Si界面问题的影响要小。

本论文模拟了CdTe/CdS结构的太阳能电池,发现只有当CdTe层的掺杂浓度大于10~(15)cm~(-3),厚度大于2μm时CdTe太阳能电池才能处于比较好的工作状态。

001(ydy)-能带补偿对aSiHcSi异质结太阳电池性能的影响

能带补偿对a-Si:H/c-Si 异质结太阳电池性能的影响能带补偿对a-Si:H/c-Si 异质结太阳电池性能的影响赵亮*，周之斌，崔容强（上海交通大学物理系太阳能研究所，上海，200240）摘要:利用微电子和光子结构分析软件(AMPS)模拟了不同异质结能带补偿条件下a-Si:H/c-Si异质结太阳电池的光电特性。

模拟结果表明在价带补偿占优势的情况下，a-Si:H/c-Si异质结在不同偏压范围内异质结能带特性不同，造成导电机制随偏压发生变化，从而使太阳电池的光照J-V曲线扭曲，填充因子下降。

关键词：数值模拟，太阳电池，异质结，导电机制0. 引言a-Si:H/c-Si异质结太阳电池具有工艺简单[1]，能耗低的优点，并且可以利用低成本的CZ 硅和多晶硅。

异质结太阳电池利用了氢化非晶硅的宽带隙和高光电导以及晶体硅稳定性好的优势，避免了由非晶硅不稳定性造成的太阳电池性能光致衰减(Staebler-Wronski效应)。

此外，异质结太阳电池热稳定性也比传统晶体硅太阳电池好[1]。

目前报道的最高效率的异质结太阳电池的转换效率已经超过20%（AM1.5，100mW/cm2，单片面积100.5cm2）[2]，这说明HIT太阳电池是一种具有潜力的高效太阳电池。

除了上述的优点，异质结太阳电池还有几个关键部分值得注意，其中止一是异质结的能带补偿在导带和价带的分配，不同沉积手段和不同的工艺条件会形成不同的能带补偿值，所以各小组得到的结果不尽相同，由于不同能带补偿下异质结处的隧道电流相差甚大，所以不同能带补偿值对太阳电池性能的影响也未达成一致，对此我们在拟合过程中以不同的能带补偿值为变量，研究能带补偿分配对电流特性的影响。

1. 模拟异质结太阳电池的基本结构如图1所示，是一个p a-Si:H/i a-Si:H/n c-Si结构。

在模拟过程中p层和i层的亲和势从3.90eV逐渐降低到3.50eV，其他参数保持不变。

异质结太阳电池的衬底是厚度为250μm 的n型硅。

氧化随机织构硅表面对单晶硅太阳电池性能的影响研究


（ 2010 年 5 月 30 日收到；2010 年 6 月 20 日收到修改稿）
热氧化生长的 SiO 2 薄膜经常在高效单晶硅太阳电池 中 被 用 作 扩 散 掩 膜， 化 学 镀 掩 膜， 钝化层或者基本的减反 射层 . 在这些高效太阳电池中， 经常使用碱性溶液对单晶硅表面进行处理， 得到随机 分 布 的 正 金 字 塔 结 构 的 织 绒 表 面， 减少表面的光反射 . 表面氧化后的 正 金 字 塔 太 阳 电 池 暗 反 向 电 流 － 电 压 呈 现“软 击 穿 ” 现 象， 并联电阻明显下 这些缺陷能够贯穿 降 . 研究结果表明引起这些现象的原因在于氧化正金字 塔 表 面 会 导 致 在 体 内 形 成 位 错 型 缺 陷 ， 导致太阳电池的并联电阻下降， 同时载流子在 位 错 型 缺 陷 在 能 隙 中 引 入 的 能 级 处 发 生 复 合 ， 导致空间 整个 pn 结， 电荷区复合电流增加 . 通过酸性溶液对织绒表面进行化学腐蚀之后能够减少缺陷的形成 .
物 理 学 报
Acta Phys. Sin.
Vol. 60 ，No. 3 （ 2011 ）
038201
氧化随机织构硅表面对单晶硅太阳电池 * 性能的影响研究
周春兰
1）
励旭东
2）
王文静
Байду номын сангаас1）
赵 雷
1）
李海玲
1）
刁宏伟
1）
曹晓宁
100190 ）
1）
1 ） （ 中国科学院电工研究所， 中国科学院太阳能热利用及光伏系统重点实验室 ， 北京 2 ） （ 北京市太阳能研究所有限公司， 北京 100083 ）
+ AE ） 之后的 反 射 谱， 在 同 时 也 给 出 了 二 者 在 表 面 沉 积 SiO 2 / SiN x 双层薄膜之后的反射谱
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界面缺陷态密度与衬底电阻率取值对硅异质结光伏电池性能的影响∗周骏1,2, 邸明东2, 孙铁囤3，孙永堂2，汪昊2（1. 宁波大学理学院光学与光电子技术研究所, 浙江 宁波315211)（2. 江苏大学机械工程学院光信息科学与技术系, 江苏 镇江 212013）（3. 常州亿晶光电科技有限公司, 江苏 常州 213223）在不同的异质结前界面缺陷态密度(D it1)和异质结背界面缺陷态密度(D it2)条件下，对P 型单晶硅(c-Si(p))为衬底的硅异质结太阳能电池（TCO / a–Si: H (n +) / c–Si (p) / a–Si: H (p +) / TCO ）的衬底电阻率R 与电池性能的关系进行数值研究。

结果表明：衬底电阻率R 的取值不仅决定于异质结前界面缺陷态，也与异质结背界面缺陷态有关，即前界面缺陷态密度D it1决定衬底电阻率的最优值R op ，且R op 随着D it1的增大而增大; R>R op 时, 背界面缺陷态密度D it2对衬底电阻率的可取值范围具有较大影响，D it2越大可取衬底电阻率的范围越小。

关键词：SHJ 太阳能电池；c–Si (p)衬底电阻率；c–Si (p)/(a–Si: H )界面缺陷；AFORS_HETPACC: 7340L, 8630J, 61851 引 言对于以c-Si(p)为衬底的硅异质结（SHJ）太阳能电池，异质结界面特性对电池的性能有显著影响[1-2]，如衬底电阻率与异质结界面c–Si 耗尽区厚度的关系，以及由此引起的硅异质结太阳能电池性能的变化[3]等。

然而，对于c-Si(p)衬底电阻率与硅异质结太阳能电池性能的关系，目前研究的还不够深入，长期以来都是将R =1.0Ω为衬底的最佳电阻率，而将R =1.0~25.0cm 作Ωcm 视为可用的衬底电阻率[4-5]。

最近，文献[6]研究不同前异质结界面缺陷态密度情况下衬底电阻率与电池性能的关系，指出衬底电阻率最优值R op 的取值将随着前界面缺陷态密度D it1的降低而减少，突破了人们一直以来认为R =1.0Ωcm 底的最佳电阻率的观点。

但是，文献[6]设计的电池结构有一些缺点，如采用的铝背面场要在高于800c 的温度下制备，对SHJ 太阳能电池的能量转换效率的提高产生一定限制。

此外，文献[6]对衬底电阻率与背异质结界面缺陷态密度的关系和对电池性能的影响没有研究。

实际上，氢化非晶硅（a–Si:H ）和氢化微晶硅（μc-Si:H ）因其低温为衬0∗国家自然科学基金(批准号：60977048)资助课题,浙江省“钱江人才”项目(2007R10015)、宁波市重点实验室基金项目(2007A22006)，江苏大学与常州亿晶光电科技有限公司联合研发项目和宁波大学王宽成幸福基金资助课题。

通讯作者：周骏（1958-），男，教授，安徽马鞍山人，主要从事光电子功能材料与器件制备研究。

E-mail ：ejzhou@制备特点以及对衬底的钝化作用而被用于SHJ 太阳能电池的背面场。

文献[9]和[10]的研究表明：在不使用本征型氢化非晶硅（a–Si:H(i)）的情况下通过衬底表面的预处理得到较好的钝化效果，并在以c-Si(p)为衬底的SHJ太阳能电池中得到超过17%的能量转换效率。

[7-8]为了研究不同异质结前界面缺陷态密度D it1和背界面缺陷态密度D it2下衬底电阻率与电池性能的关系，需要建立前后界面缺陷态模型。

关于前界面缺陷态，大量研究表明：衬底c–Si(p)层耗尽区（SCR ）的复合产生较大的结漏电流是影响电池开路电压的主要因素[11]；光生载流子在SCR中的复合影响电池的光生载流子的收集和电池的填充因子[12]。

由此，许多理论研究使用类c-Si 界面模型计算前界面缺陷态对电池性能的影响，并得到相关的实验验证[13-15]。

但是，到目前为止，关于背界面缺陷态物理模型的研究进展缓慢。

有研究表明：一方面背界面缺陷态增强了光生少数载流子在背界面的复合，提高了电池中的漏电流降低了开路电压[16]；另一方面背界面缺陷态增强了光生多数载流子的复合，降低了电池短路电流[17]。

本文采用TCO/a–Si:H(n)/c–Si(p)/a–Si:H(p)/TCO 电池结构，针对不同的异质结前界面缺陷态密度D it1和背界面缺陷态密度D it2，应用AFORS_HET软件和类c-Si 界面缺陷态模型数值研究背界面缺陷态的作用以及衬底电阻率对电池性能的影响，并与上述文献的实验结果进行比较。

2 物理模型稳态下半导体材料中的电场和电流分布的物理模型由下面的Possion方程和电流连续性方程描述[18]：()A D N N n p q dx dE −++−=ρε， （1） )(G U q dxdJ n n −= ， （2） (G U q dxdJ p p −−=)， （3） 其中，E 为电场强度，和分别为电子和空穴的电流密度，q 为电子电荷，n J p J ε为介电常数，p 为空穴密度，n 为电子密度，ρ为带间净陷阱电荷，为电离施主密度，为电离受主密度，和分别是电子和空穴的净复合率，G 是D N A N n U p U光生载流子净产生率。

模型中同时考虑电子和空穴的直接隙间复合、Auger 复合和通过陷阱产生的Shockley-Read-Hall 复合。

金属半导体接触模型使用电压控制边界条件，将前接触（）的电势固定为零电势，这样背接触(0x =x l =)的电势即为外加电压，前后接触的边界条件如下[8]：0()0=ϕ， （4）()V l b f +−=φφϕ， （5）()()()()000eq f n n n n qS J −=， （6）()()()()l n l n qS l J eq b nn −−=， （7） ()()()()000eq f p p p p qS J −−=， （8）()()()()l p l p qS l J eq bp p −=， （9）其中，ϕ是电势，f φ和b φ分别为前接触和背接触金属的功函数，V 是外加电压，，，f n S b n S f p S 和分别为前接触和背接触界面上对应载流子的复合速率，和是平衡状态下载流子密度。

b p S eq n eq p 此外，前后接触界面缺陷层中的连续缺陷态密度可以表示为it D [17]：()()[]0x E E G E E G D DA C MGA V DA MGD it −+−=，（10） 其中，为单位能级上的施主体缺陷态密度，为单位能级上的受主体缺陷态密度，为施主体缺陷态与受主体缺陷态的界限能级。

由公式（10），对于G 的情况，则有MGD G MGD G =MGA G DA E MGA ()E E G D V C MGD it 0x −=，其中和分别是导带能级和价带能级，代表类c-Si 界面层厚度。

C E V E 0x 3 电池结构电池结构如图1所示。

n 型重掺杂非晶硅（a-Si:H(n +)）为异质结电池的发射层，p 型重掺杂非晶硅（a-Si:H(p +)）为背面场。

为了减少非晶硅层的厚度以最大化量子效率，发射层、背面场与衬底c-Si(p)之间没有沉积本征非晶硅（a-Si:H(i)）缓冲层。

为了得到较低电阻率，在a-Si:H(n +)和a-Si:H(p +)表面都沉积了一层透明导电层（TCO ）。

最后，在电池前端制备了铝金属栅线电极，在电池背面制备了一层铝金属层背电极。

图1 模拟中使用的硅异质结太阳能电池结构表1模拟中使用的硅异质结太阳能电池参数设置Parameters c-Si (p) Interface a-Si: H(n +) a-Si: H(p +)厚度 (nm) 3×10 5 10 10介电常数 11.9 11.9 11.9 11.9 电子亲合势(eV) 4.05 4.05 4.05 4.05 能带间隙 (eV) 1.12 1.12 1.74 1.72光学带隙 (eV) 1.12 1.12 1.74 1.72有效导带能态密度 (cm -3) 2.8×1019 2.8×1019 1×1020 1×1020有效价带能态密度 (cm -3) 1.04×1019 1.04×1019 1×1020 1×1020电子迁移率 (cm 2V -1s -1)变量 1040 5 5 空穴迁移率 (cm 2V -1s -1)变量 412 1 1 受主型掺杂浓度 (cm -3)变量 1.5×1016 0 1×1020 施主型掺杂浓度 (cm -3) 00 1×1020 0 电子漂移速率 (cms -1) 1×107 1×107 1×107 1×107空穴漂移速率(cms -1) 1×107 1×107 1×107 1×107层密度 (gcm -3) 2.328 2.328 2.328 2.328电子俄歇复合系数 (cm -6s -1) 2.2×10-31 00 0 空穴俄歇复合系数(cm -6s -1) 9.9×10-32 00 0 直接带隙复合系数 (cm 3s -1) 1.1×10-14 00 0模拟计算中使用的部分参数如表1所示。

这些结构参数中除了可变参数外,均取自AFORS-HET 软件的默认值。

另外，参照文章[6]和[19]中关于缺陷态的参数对各层和界面层的缺陷态进行设置。

取衬底c–Si(p)层中由氧引入的体缺陷态位于带隙中距价带边缘0.55eV 处，体缺陷态密度为109 cm -3。

非晶硅具有Urbach 带尾态，a-Si:H(n +)层中，导带和价带特征能量分别为0.07eV 和0.1eV,指数因子为2×1021cm 3eV -1；a-Si:H(p +)层中，导带和价带特征能量分别为0.035eV 和0.075eV,指数因子为2×1021cm 3eV -1。

a–Si:H(n +/p +)层中电子迁移率和空穴迁移率皆为扩展态迁移率，不考虑带尾态附近浅缺陷态引起的漂移迁移率；a–Si:H(n +/p +)层中带隙定域缺陷态按双Gauss 分布。

其中,对a-Si:H(n +),取类施主缺陷态密度为1×1020cm -3,高斯峰峰值能量(离价带顶的能量)为0.46eV ,峰值半宽为0.22eV ,类受主缺陷态密度为1×1020cm -3,高斯峰峰值能量为0.66eV ,峰值半宽为0.23eV ；对a-Si:H(p +),取类施主缺陷态密度为4×1019cm -3,高斯峰峰值能量为1.1eV ,峰值半宽为0.23eV ,类受主缺陷态密度为4×1020cm -3,高斯峰峰值能量为1.2eV ,峰值半宽为0.23eV 。