薄膜太陽能中納米硅本征層晶相比對電池性能影響的研究

摘 要：我們在建立pin型納米硅薄膜太陽能電池模型的基礎上，利用有效介質理論分析了納米硅的光吸收系數和光學帶隙與晶相比的關系。運用AMPS-1D程序模擬分析了納米硅本征層晶相比對電池性能影響。結果表明納米硅本征層太陽電池的晶化率在40%-60%時，電池的效率比較高。

關鍵詞：晶相比；納米硅；薄膜太陽能電池

近年來圍繞著提高太陽能電池效率，優化電池結構的方面人們做出了大量科學研究，本征層作為薄膜太陽電池的吸收層承擔著光生載流子的產生并在電場的作用下通過p層和n層被吸收的作用。因此優化本征層材料的參數，是提高太陽能電池效率重要課題。基于以上出發點，利用AMPS-1D軟件進行一維數值模擬，研究模擬納米硅本征層晶化率對電池開路電壓（VOC）、短路電流密度（JSC）、填充因子（FF）以及電池轉化效率（？濁）的影響。

1 物理模型和數值方法

運用美國賓夕法尼亞大學發展的一維微光電子結果分析模型AMPS-1D（Analysis of Microelectronic and Photonic Structures）模擬分析非晶硅薄膜太陽電池性能，其物理結構如圖1所示，對于J-V模擬計算時，光照條件為AM1.5（100 mW/cm2），在理想情況下設入射光在前、背電極表面的反射率分別為0和1。

1.1 數值方法

1.1.1 AMPS-1D原理

AMPS-1D軟件的工作原理將器件分成N（N<400）等分個計算單元，每個計算單元不大于0.2nm，運用Newton-Raphson方法和邊界條件求解一維泊松方程和電子、空穴連續性方程，通過數值計算求出器件的各種工作參數。在我們計算中左右電極界面的電子空穴界面復合速率都設定1×107cm/s。電池的工作溫度為300K[1]