陸曉東,宋 揚(yáng),王澤來,趙 洋,張宇峰,呂 航,張金晶
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有源層表面性質(zhì)對晶硅電池暗-特性的影響
陸曉東,宋 揚(yáng),王澤來,趙 洋,張宇峰,呂 航,張金晶
(渤海大學(xué) 新能源學(xué)院,遼寧 錦州 121000)
利用有限差分法求解半導(dǎo)體器件基本方程,研究了表面懸鍵、雜質(zhì)和缺陷對晶硅電池輸出參數(shù)的影響。研究表明:當(dāng)晶硅電池?zé)o體內(nèi)缺陷和表面缺陷或當(dāng)僅存在表面懸鍵、雜質(zhì)和缺陷,且三者起施主型和受主型陷阱作用時,正向偏壓下的晶硅電池暗-特性曲線與理想二極管-特性曲線相同,但當(dāng)正向偏壓大于PN開啟電壓0.59 V,晶硅電池暗-特性曲線將偏離理想二極管-特性曲線,且偏離程度隨表面懸鍵、雜質(zhì)和缺陷濃度的增加而增大;當(dāng)表面懸鍵、雜質(zhì)和缺陷起復(fù)合中心作用時,晶硅電池暗-特性曲線將偏離理想二極管-特性曲線;就對暗-特性曲線的影響而言,復(fù)合中心最大,施主型次之,受主型最小。
晶硅電池;暗-特性曲線;理想因子;總電流密度;缺陷態(tài);有限差分
晶硅電池是一種將太陽的光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茌敵龅墓怆娖骷?。在晶硅電池中,光電轉(zhuǎn)換過程所產(chǎn)生的光生載流子具有如下分布特點(diǎn)[1]:在有源層的前表面,光生載流子濃度最大;隨著有源層前表面距離的增加,光生載流子濃度逐漸減??;在遠(yuǎn)離有源層前表面的電池內(nèi)部,光生載流子濃度趨于穩(wěn)定。由于電極處于電池有源層表面,在光生載流子向電極遷移過程中,部分光生載流子將出現(xiàn)沿有源層表面輸運(yùn)的現(xiàn)象[2],而有源層表面是懸鍵(DB)、雜質(zhì)(IM)和缺陷(DF)等分布較集中的區(qū)域,存在較嚴(yán)重的陷阱效應(yīng)和復(fù)合中心效應(yīng),引起在此區(qū)域內(nèi)輸運(yùn)的光生載流子產(chǎn)生嚴(yán)重的輸運(yùn)損耗,所以研究有源層表面載流子輸運(yùn)過程的損耗機(jī)制及開發(fā)降低有源層表面載流子輸運(yùn)損耗的工藝技術(shù),一直是高效晶硅電池的研究熱點(diǎn)[1-2]。
在降低有源層表面載流子輸運(yùn)損耗方面,實驗研究和工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域主要通過介質(zhì)膜鈍化有源層表面的方法實現(xiàn)。研究表明:有源層表面蒸鍍SiO2膜[3]、SiN膜[4]、Al2O3膜[5]及a-Si膜[6]等,均可有效降低載流子在有源層表面的輸運(yùn)損耗。在實驗研究有源層表面載流子輸運(yùn)過程的損耗機(jī)制方面,主要通過控制有源層內(nèi)部的材料參數(shù)和工藝參數(shù),并借助少子壽命、電池效率、短路電流和開路電壓等相關(guān)參數(shù)的測試,對比分析有源層表面性質(zhì)差異導(dǎo)致載流子輸運(yùn)損耗機(jī)制的變化情況[3-6]。在理論研究有源層表面載流子輸運(yùn)過程的損耗機(jī)制方面,考慮到有源層表面和體內(nèi)的雜質(zhì)和缺陷均會對載流子輸運(yùn)過程產(chǎn)生影響,所以多數(shù)理論研究借助表面少子壽命(s)表征有源層表面的性質(zhì),并將其作為電池總少子壽命(tol)的一項,通過總少子壽命和表面少子壽命之間的關(guān)系討論有源層表面的性質(zhì)及其對載流子輸運(yùn)過程的影響[7-8]。在理論討論少子衰減過程中,由于引入了瞬態(tài)光照條件及電池體內(nèi)光場分布受晶硅電池織構(gòu)結(jié)構(gòu)的影響,所以一般光生載流子濃度較大,且空間分布不均勻??紤]到載流子衰減過程中DB、IM和DF的作用機(jī)制(即陷阱效應(yīng)和復(fù)合中心效應(yīng))和這些機(jī)制與載流子的注入水平有關(guān),所以在對有源層表面性質(zhì)進(jìn)行理論研究過程中,常需采用多種入射光源(需要改變光源的波長和強(qiáng)度)輻照晶硅電池,并對比分析晶硅電池在各入射光源作用下的少子衰減曲線,才能清晰地探討不同機(jī)制的作用[9]。
實際上,作為包含一個PN結(jié)的光電器件,晶硅電池還可利用電注入的方式在有源層內(nèi)產(chǎn)生過剩載流子,并研究各機(jī)制對載流子輸運(yùn)過程的影響。這種無光照條件下的-特性稱為晶硅電池的暗-特性。由于剔除了光生載流子產(chǎn)生過程的影響,并可通過電極偏壓的控制調(diào)整注入到有源層的載流子注入水平,所以暗-特性可明顯給出各種影響載流子輸運(yùn)過程的機(jī)制。目前,晶硅電池的暗-特性已廣泛用于研究晶硅電池的PN結(jié)導(dǎo)的導(dǎo)通過程、載流子復(fù)合機(jī)制及串并聯(lián)阻抗對電池-特性的影響等[10-13],很少用于研究有源層表面對載流子輸運(yùn)過程的影響。本文將利用本課題組開發(fā)的求解半導(dǎo)體器件基本方程的有限差分法程序[14-15]研究有源層的表面性質(zhì)對晶硅電池暗-特性曲線的影響。
1.1 電池參數(shù)
圖1中給出了晶硅電池典型的二維結(jié)構(gòu),其主要結(jié)構(gòu)單元為:有源層(c-Si)、雙面金字塔織構(gòu)結(jié)構(gòu)、增透膜(ARC,為單層SiN)、鈍化層(PL)、陰極(Ag cathode)和陽極(Al anode)。在圖1中,、1、2、3分別表示織構(gòu)結(jié)構(gòu)的高度、PL層厚度、Al電極厚度和ARC厚度;、0、1分別表示周期長度、Al電極接觸孔長度和Ag電極接觸孔的長度;+2表示有源層厚度。在仿真過程中,選取晶硅電池常用的結(jié)構(gòu)參數(shù)[16-17],即=8mm,1=100 nm,2=200 nm,3=70 nm,=184mm,=10mm,0=1mm,1=0.5mm,其中2+=200mm是晶硅電池的常用厚度。
圖1 典型的晶硅電池結(jié)構(gòu)模型
晶硅電池常采用前表面擴(kuò)磷制作PN結(jié),后表面擴(kuò)硼制作背場。兩種擴(kuò)散的工藝條件為[18-20]:P型晶硅片,前表面擴(kuò)散時,溫度為900℃,擴(kuò)散時間20 min;后表面擴(kuò)散時,溫度為900℃,擴(kuò)散時間5 min。在仿真過程中,采用襯底濃度為5′1016cm–3(?0.35W·cm)的P型單晶硅片進(jìn)行擴(kuò)散。圖2為利用Silvaco軟件的Athena模塊仿真利用上述擴(kuò)散條件獲得的凈雜質(zhì)濃度分布情況。計算可知:擴(kuò)散后,磷的表面濃度為2.28′1020cm–3,結(jié)深約為0.4mm,方塊電阻?=53W/?。仿真過程中,上述擴(kuò)散雜質(zhì)分布,通過差值的方法代入到計算程序中。
1.2 計算模型
盡管有源層表面的DB、IM和DF(DB-IM-DF)的形式不同,但在能帶理論中,三者具有相似的表現(xiàn)形式,即在晶硅材料的禁帶內(nèi)引入能級或能帶,并與晶硅材料的導(dǎo)帶及價帶交換電子或空穴,從而對有源層表面的載流子輸運(yùn)過程產(chǎn)生影響。根據(jù)不同能級或能帶俘獲電子或空穴的能力不同,可將有源層表面DB-IM-DF的作用分為三類,即類受主型、類施主型和復(fù)合中心型。類受主型的空穴俘獲能力大于電子的俘獲能力,其能級位置接近導(dǎo)帶底,其可俘獲導(dǎo)帶電子,起電子陷阱作用;類施主型則相反,其電子俘獲能力大于空穴的俘獲能力,其能級位置接近價帶頂,其可俘獲空穴,起空穴陷阱作用;復(fù)合中心的空穴俘獲能力和電子俘獲能力接近,其能級位置靠近禁帶中央,其通過有效俘獲導(dǎo)帶電子和價帶空穴,增強(qiáng)了導(dǎo)帶電子和價帶空穴的復(fù)合幾率。計算過程中,采用如下公式對三者進(jìn)行描述[21-23]:
式(1)~(3)中:A、D和G分別代表類受主型、類施主型和復(fù)合中心型的DB-IM-DF的能態(tài)密度;C、V和G分別為導(dǎo)帶底、價帶頂和復(fù)合中心處的能級取值(通常將價帶頂定義為0 eV,其余能級取值以此為參考);A和D分別為導(dǎo)帶底和價帶頂處的態(tài)密度,G為復(fù)合中心能帶中心的態(tài)密度;A、D和G為三類能級的特征衰減常數(shù)。載流子在缺陷能級的分布函數(shù)表示為[21-23]:
式中:表示分布函數(shù);代表熱運(yùn)動速度;代表俘獲截面;和分別為電子和空穴濃度,角標(biāo)和分別電子和空穴的相關(guān)參數(shù);i為本征載流子濃度;i為禁帶中央的能級取值;為玻爾茲曼常數(shù);為熱力學(xué)溫度(本文使用300 K)。對施主型能級而言,代表的參數(shù)取空穴的相關(guān)參數(shù),取電子的相關(guān)參數(shù);對受主型能級而言,代表的參數(shù)取電子的相關(guān)參數(shù),取空穴的相關(guān)參數(shù)。
計算過程中選擇的材料參數(shù)如下[18-23]:帶隙寬度g=1.08 eV;導(dǎo)帶底態(tài)密度c=2.8′1019cm–3,價帶頂態(tài)密度v=2.8′1019cm–3;電子遷移率n= 1 000 cm2/(V·s),空穴遷移率p=500 cm2/(V·s);G=0.4 eV;類受主型能級的俘獲截面n=1′10–16 cm2,p=1′10–14 cm2;類施主型能級的俘獲截面n=1′10–14 cm–2,p=1′10–16 cm2;復(fù)合中心的俘獲截面n=p=1′10–14 cm2。這些材料參數(shù)也是半導(dǎo)體仿真軟件經(jīng)常默認(rèn)的材料參數(shù)。
2.1 無體缺陷和表面缺陷時電池的暗-特性
利用圖1給出電池結(jié)構(gòu)參數(shù)和工藝參數(shù),并令無缺陷的硅材料少子壽命n=p=1′10–3s(少子壽命為此量級時,硅材料內(nèi)僅存在直接復(fù)合效應(yīng)),計算晶硅電池的-特性曲線,如圖2所示。圖2中光照條件下的-特性曲線的電流值用c表示和暗-特性曲線的電流值用c表示。由圖2(a)可見:在陽極電壓(A)小于0.5 V時,晶硅電池的c和c值均不隨陽極電壓變化,c值趨于零,c的絕對值明顯高于c的絕對值;在A≥0.5 V時,晶硅電池的c和c值均迅速增加,且兩種電流值隨電壓增加逐漸趨于一致,所以A=0.5 V近似為晶硅電池PN結(jié)的開啟電壓;c值代表的-特性曲線,可視為c值代表的-特性曲線沿電流軸平移獲得。此外,計算獲得該電池的輸出參數(shù)如下:開路電壓oc=0.594 817 V,短路電流sc=29.326 6×10–3 A/cm2,填充因子FF=88.246 6%,效率=18.605 1%。計算過程中的材料光學(xué)參數(shù)源自專業(yè)數(shù)據(jù)網(wǎng)站[24],太陽輻射功率密度采用ASTM Global Tilt 的太陽輻射數(shù)據(jù)。
圖2 晶硅電池輸出參數(shù)
實際上,由于c值很小,所以一般用自然對數(shù)曲線研究其變化規(guī)律。在分析暗-特性曲線時,常借助理想二極管模型進(jìn)行[12]:
式中:A為陽極電壓;V=/(V為熱電壓;為熱力學(xué)溫度。在25 ℃時,V=25.69 mV);sc為存在光照時的短路電流密度(無光照時,sc=0);eff為電池-特性的理想因子;為等效反向飽和電流密度。由于eff=1代表流過PN結(jié)的電流以擴(kuò)散電流(正向偏壓)或漂移電流(反向偏壓)為主,所以一般將其稱之為標(biāo)準(zhǔn)二極管模型[12]。
圖2(b)給出了圖2(a)中c和c的自然對數(shù)值隨陽極電壓的變化,其中因A≤0 V時,c值為負(fù)值和A≤0.55 V時,c的值為負(fù)值,所以在求二者自然對數(shù)值時,計算的是二者的絕對值。圖2(b)給出了理想因子eff為1時,理想二極管的-特性曲線。由圖2(b)可見:無缺陷時暗-特性曲線與eff=1的理想-特性曲線吻合的很好;當(dāng)A≥0.55 V時,電池的PN結(jié)開始導(dǎo)通,暗-特性曲線相對理想因子eff=1的-特性曲線出現(xiàn)明顯偏離。
2.2 表面DB-IM-DF對電池的暗-特性的影響
為明確表面的DB-IM-DF對暗-特性的影響,采用與圖2相同的電池參數(shù),即電池的有源層內(nèi)不存在缺陷??紤]到電池工作過程中,上表面的載流子濃度最高,表面的DB-IM-DF對載流子輸運(yùn)過程影響更明顯,所以這里僅考慮上表面Si/SiN界面處存在的DB-IM-DF作用。圖3給出了利用圖1的電池參數(shù)和雜質(zhì)參數(shù)計算獲得的晶硅電池的暗-特性曲線的自然對數(shù)曲線隨DB-IM-DF濃度的變化關(guān)系,其中Reference代表電池?zé)o體缺陷和表面曲線時的暗-特性曲線,A代表受主型DB-IM-DF的濃度,D代表施主型DB-IM-DF的濃度,G代表復(fù)合中心型DB-IM-DF的濃度。在圖3(c)中因G≥1×1015cm–3后,電池的效率迅速下降,所以計算過程中采用了與圖3(a)和圖3(b)不同的表面DB-IM-DF濃度值。
圖3 晶硅電池的暗I-V特性曲線的自然對數(shù)曲線
表面的受主型DB-IM-DF的能級位于近導(dǎo)帶底附近,可有效俘獲表面處的電子。在較低A值時,由于注入到電池體內(nèi)的電子濃度較小,表面處的電子濃度更小,所以表面陷阱效應(yīng)并不明顯;當(dāng)A大于開啟電壓0.55 V時,大量電子被注入到電池體內(nèi),同時電池表面的電子濃度增加,表面DB-IM-DF能級的陷阱效應(yīng)逐漸增強(qiáng),造成導(dǎo)帶電子密度明顯衰減,且這種衰減效應(yīng)隨表面DB-IM-DF濃度的增加而增強(qiáng)。由圖3(a)即反映出這種變化規(guī)律:在A≤0.55 V時,暗電流值基本不隨A值變化,但當(dāng)A≥0.55 V時,暗電流隨A值的增加而減小;在反向偏壓區(qū)域,晶硅電池的暗電流基本不隨A值變化;在A≤0.55 V時的正向偏壓區(qū)域,晶硅電池的暗-特性與理想的暗-特性曲線相同(eff=1);A≥0.55 V時,晶硅電池的暗-特性逐漸偏離理想的暗-特性曲線,且A值越大理想因子eff值越大。
表面施主型DB-IM-DF的能級位于近價帶頂附近,可有效俘獲價帶空穴。在較低A值時,注入到電池內(nèi)部的空穴僅少數(shù)能到達(dá)Si/SiN界面,所以表面施主型DB-IM-DF能級的陷阱效應(yīng)并不明顯;當(dāng)A大于開啟電壓0.55 V時,空間電荷區(qū)接近消失,大量空穴從底面陽極注入到電池體內(nèi),并擴(kuò)散至Si/SiN界面處,被施主型DB-IM-DF的能級俘獲,從而導(dǎo)致價帶空穴濃度的降低。由圖3(b)可見:在反向偏壓區(qū)域和A≤0.55 V時的正向偏壓區(qū)域,圖3(b)與圖3(a)具有相同的規(guī)律;在A≥0.55 V時的正向偏壓區(qū)域,除不同D值的暗-特性曲線具有更大的理想因子eff值外,圖3(b)與圖3(a)也基本具有相同的規(guī)律。由于受主型DB-IM-DF能級所在的區(qū)域靠近電子濃度極大值區(qū)域,而施主型DB-IM-DF能級所在的區(qū)域遠(yuǎn)離空穴濃度極大值的區(qū)域,所以隨著注入載流子濃度增加,受主型DB-IM-DF能級較施主型DB-IM-DF能級更易發(fā)生飽和效應(yīng),相應(yīng)的受主型DB-IM-DF的暗電流值大于施主型DB-IM-DF的暗電流值。
表面復(fù)合中心型DB-IM-DF的能級可增強(qiáng)電子-空穴的復(fù)合效應(yīng),并形成復(fù)合電流。在載流子注入濃度較小時,只有少量空穴可到達(dá)Si/SiN界面處,電子和空穴復(fù)合效應(yīng)并不明顯,但這種復(fù)合效應(yīng)有助于提高電極向電池內(nèi)部注入載流子水平,使暗電流增加;當(dāng)大量載流子注入到電池內(nèi)部時,大量空穴到達(dá)Si/SiN界面處,DB-IM-DF能級出現(xiàn)較強(qiáng)的的電子-空穴的復(fù)合效應(yīng),并明顯降低導(dǎo)帶電子和價帶空穴的濃度。由圖3(c)可見:在反向偏壓區(qū)域,圖3(c)與圖3(a)和圖3(b)具有相同的規(guī)律;在A≤0.4 V時的正向偏壓區(qū)域,暗電流值隨G值增加而增大,但不同G值的晶硅電池暗-特性曲線與理想的暗-特性曲線相同(平行于理想的暗-特性曲線);在0.4 V≤A≤0.55 V時的正向偏壓區(qū)域,不同G值的暗-特性曲線向大理想因子暗-特性曲線轉(zhuǎn)化的電壓發(fā)生變化;在A≥0.55 V時的正向偏壓區(qū)域,隨G值增加,暗-特性曲線的理想因子逐漸增加。
對比圖3(a)、圖3(b)和圖3(c)可見:就表面三種類型的DB-IM-DF對暗電流的影響而言,復(fù)合中心型DB-IM-DF的影響最大,施主型DB-IM-DF的影響次之,受主型DB-IM-DF的影響最小;表面DB-IM-DF發(fā)揮影響的區(qū)域接近電池PN結(jié)由截止向?qū)ㄞD(zhuǎn)換的區(qū)域,此區(qū)域?qū)?yīng)的暗電流密度值較大,其意味著三者對暗-特性曲線產(chǎn)生明顯影響存在電流最小閾值;在光照情況下,特別是各種薄膜電池中,因光生載流子密度較大,表面DB-IM-DF將會對載流子輸運(yùn)過程產(chǎn)生重要的影響,并直接影響到電池的輸出參數(shù)。
2.3 表面DB-IM-DF對電池輸出參數(shù)的影響
在光照情況下,晶硅電池輸出參數(shù)隨表面三種類型DB-IM-DF的濃度變化,如圖4所示,其中橫軸代表表面DB-IM-DF的濃度,縱軸為不同輸出參數(shù)值,Acceptor-like代表受主型DB-IM-DF、Donor-like代表施主型DB-IM-DF,Recombination- center-like代表復(fù)合中心型DB-IM-DF。由圖4可見:(1)當(dāng)受主型DB-IM-DF濃度(A)從1014cm–3增加到1018cm–3時,sc、FF和值減小的速率逐漸增大,即:A值每增加1個數(shù)量級,sc值減小的速率將從0.4%增加到1%;FF值減小的速率將從0.46%增加到2.6%;值減小的速率將從0.8%增加到3.5%。(2)當(dāng)施主型DB-IM-DF濃度(D)從1014cm–3增加到1018cm–3時,sc、FF和值基本呈線性減小的趨勢,即:D值每增加1個數(shù)量級,sc值減小的速率將從1.3%增加到1.5%;FF值減小的速率將從3.3%增加到3.5%;值減小的速率將從4.6%增加到11%。(3)當(dāng)復(fù)合中心型DB-IM-DF濃度(G)從1012cm–3增加到1015cm–3時,sc、FF和值減小的速率逐漸增加,即:G值每增加1個數(shù)量級,sc值減小的速率將從0.8%增加到3%;FF值減小的速率將從1.4%增加到5.2%;值減小的速率將從2.8%增加到21%。由圖4還可以看出:隨表面DB-IM-DF濃度增加,除受主型DB-IM-DF的oc值基本保持不變。總體而言,表面復(fù)合中心型DB-IM-DF對輸出參數(shù)的影響最大,施主型缺陷影響次之,受主型缺陷影響最小。
與圖3對比可見:對暗-特性產(chǎn)生明顯影響的表面DB-IM-DF濃度(即最小閾值濃度),也是對晶硅電池sc、oc、FF和輸出值產(chǎn)生明顯影響的最小濃度。在實際電池性能測試環(huán)節(jié),可借助不同鈍化條件的暗-特性曲線對比,判斷表面性質(zhì)的類型,如:當(dāng)不同鈍化條件下,低正向偏壓的暗-特性曲線出現(xiàn)偏移,則可基本斷定是由復(fù)合中心型表面DB-IM-DF引起;如低正向偏壓的暗-特性曲線基本重合,則可基本斷定是由施主型或受主型表面DB-IM-DF引起。
圖4 晶硅電池輸出參數(shù),其中(a)、(b)、(c)和(d)分別為Jsc、Voc、FF和h
晶硅電池暗-特性可用于研究晶硅電池表面DB-IM-DF的基本性質(zhì),判斷導(dǎo)致晶硅電池輸出參數(shù)退化的基本機(jī)制。通過討論可知:當(dāng)晶硅電池不存在體缺陷和表面缺陷時,晶硅電池的暗-特性的理想因子為1;當(dāng)表面DB-IM-DF的濃度小于閾值濃度時,晶硅電池的暗-特性曲線與理想的暗-特性曲線基本吻合;當(dāng)表面DB-IM-DF的濃度大于閾值濃度時,晶硅電池的暗-特性曲線與理想的暗-特性曲線發(fā)生偏移;復(fù)合中心型表面DB-IM-DF對輸出參數(shù)的影響最大,施主型缺陷影響次之,受主型缺陷影響最小。
[1] NGOM M I, DIOUF M S, THIAM A, et al. Influence of magnetic field on the capacitance of a vertical junction parallel solar cell in static regime, under multispectral illumination [J]. Int J Pure Appl Sci Technol, 2015, 31(2): 65-75.
[2] LIU G, REN P, ZHANG D, et al. Investigation of near-surface defects induced by spike rapid thermal annealing in c-silicon solar cells [J]. Surf Rev Lett, 2016, 23(2): 1550107.
[3] GIRISCH R B M, MERTENS R P, KEERSMAECKER R F. Determination of the Si-SiO2interface recombination parameters using a gate-controlled point-junction diode under illumination [J]. IEEE Trans Electron Devices, 1988, 35(2): 203-222.
[4] KERR M J, CUEVAS A. Very low bulk and surface recombination in oxidized silicon wafers [J]. Semicond Sci Technol, 2002, 17: 35-38.
[5] LAUINGER T, MOSCHNER J, ABERLE A G, et al. Optimization and characterization of remote plasma- enhanced chemical vapor deposition silicon nitride for the passivation of p-type crystalline silicon surfaces [J]. J Vacuum Sci Technol A, 1998, 16: 530.
[6] DINGEMANS G, SEGUIN R, ENGELHART P, et al. Stability of Al2O3and Al2O3/a-SiN:H stacks for surface passivation of crystalline silicon [J]. J Appl Phys, 2009, 106: 114907.
[7] CUEVAS A. The effect of emitter recombination on the effective lifetime of silicon wafer [J]. Sol Energy Mater Sol Cell, 1999, 57(3): 277-290.
[8] BRODY J, ROHATGI A. Analytical approximation of effective surface recombination velocity of dielectric-passivated p-type silicon [J]. Solid State Electron, 2001, 45(9): 1549-1557.
[9] SEIFFE J, HOFMANN M, RENTSCH J, et al. Charge carrier trapping at passivated silicon surfaces [J]. J Appl Phys, 2011, 109: 064505.
[10] MüLLER A, GHOSH M, SONNENSCHEIN R, et al. Silicon for photovoltaic applications [J]. Mater Sci Engin: B, 2006, 134: 257-262.
[11] SCHENK A, KRUMBEIN U. Coupled defect-level recombination: theory and application to anomalous diode characteristics [J]. J Appl Phys, 1995, 78: 3185-3192.
[12] BREITENSTEIN O. Understanding the current-voltage characteristics of industrial crystalline silicon solar cells by considering inhomogeneous current distributions [J]. Opt Electron Rev, 2013, 21(3): 259-282.
[13] BREITENSTEIN O, RIBLAND S. A two-diode model regarding the distributed series resistance [J]. Solar Energy Mater Solar Cells, 2013, 110: 77-86.
[14] 趙洋, 王澤來, 張鵬, 等. 有限差分法在太陽能電池性質(zhì)仿真中的應(yīng)用 [J]. 激光與光電子學(xué)進(jìn)展, 2016, 53: 030401.
[15] LU X, ZHAO Y, WANG Z, et al. Influence of environmental temperature and device temperature difference on output parameters of c-Si solar cells [J]. Solar Energy, 2016, 136: 333-341.
[16] KLAASSEN D B M. A unified mobility model for device simulation - II temperature dependence of carrier mobility and lifetime [J]. Solid State Electron, 1992, 35(7): 961-967.
[17] CAUGHEY D M, THOMAS R E. Carrier mobilities in silicon empirically related to doping and field [J]. Proc IEEE, 1967, 55(12): 2192-2193.
[18] SLOTBOOM J W, GRAAF H C D. Measurements of bandgap narrowing in silicon bipolar transistors [J]. Solid State Electron, 1976, 19: 857-862.
[19] ZHAO J, WANG A, GREEN M A. 24.5% efficiency silicon PERT cells on MCZ substrates and 24.7% efficiency PERL cells on FZ substrates [J]. Progress Photovoltaics: Res Appl, 1997: 471-474.
[20] SINGH V K, NAGARAJU J. Effect of diffusion parameters on the efficiency of c-Si solar cell [J]. Adv Mater Lett, 2015, 6(7): 600-606.
[21] LIU Y, SUN Y, LIU W, et al. Novel high-efficiency crystalline-silicon-based compound heterojunction solar cells: HCT (heterojunction with compound thin-layer) [J]. Phys Chem Chem Phys, 2014, 16(29): 15400-15410.
[22] SU C Y, HWANG H L. Simulation and analysis of amorphous silicon image sensor having a p-i-n structure [J]. Solid State Electron, 1992, 35(12): 1811-1816.
[23] KEMP A M, MEUNIER M, TANNOUS C G. Simulations of the amorphous silicon static induction transistor [J]. Solid State Electron, 1989, 32(2): 149-157.
(編輯:曾革)
Influences of active layer surface properties on dark-characteristics of crystalline silicon solar cell
LU Xiaodong, SONG Yang, WANG Zelai, ZHAO Yang, ZHANG Yufeng, LYU Hang, ZHANG Jinjing
(College of New Energy, Bohai University, Jinzhou 121000, Liaoning Province, China)
The influences of surface dangling bonds, impurities and defects on the output parameters of crystalline silicon solar cell were discussed by solving semiconductor device equations by finite difference method. The results show that the dark-characteristic curves of the crystal silicon cell without bulk defects and surface defects or only with donor-like or acceptor-like surface dangling bonds, impurities and defects, are the same as those of the ideal diodes under the forward bias voltage conditions. When the forward bias voltage is greater than 0.59 V, which is the turn-on voltage of PN junction, these dark-characteristic curves deviate from those ideal diode-characteristic curves, and the degree of deviation increases with the increase of the concentrations of the surface dangling bonds, impurities and defects. When the functions of surface dangling bonds, impurities and defects are as the recombination centers, the dark-characteristic curves of crystalline silicon cells deviate from the ideal diode-characteristic curves; the influences on the dark-characteristic curves decreases in order of the recombination-center-like, donor-like and acceptor-like.
crystalline silicon cells; dark-characteristic curve; ideal factor; total current density; defect mode; finite difference
10.14106/j.cnki.1001-2028.2017.01.010
TM914.4
A
1001-2028(2017)01-0051-06
2016-09-09
宋揚(yáng)
國家自然科學(xué)基金資助(No. 61575029;No. 11304020);遼寧省教育廳一般項目(No. L2012401)
陸曉東(1977-),男,河北承德人,副教授,博士,研究方向為高效晶硅太陽電池和光子晶體,E-mail: lxd2211@sina.com ;
宋揚(yáng)(1991-),女,遼寧阜新人,研究生,研究方向為高效晶硅太陽電池和光子晶體,E-mail: 944560020@qq.com 。
http://www.cnki.net/kcms/detail/51.1241.TN.20161230.1018.010.html
網(wǎng)絡(luò)出版時間:2016-12-30 10:18:58