毕业设计（论文）-硅基异质结太阳能电池光电特性研究.docx

贵州师范学院毕业论文学科分类号140.50本科毕业 论文题目硅基异质结太阳能电池光电特性研究姓 名 学号 院 (系)物理与电子科学学院 专 业 电子信息科学与技术 年级2012级指导教师陈德良职称副教授 二○一六年五月贵州师范学院本科毕业论文诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担本科毕业论文作者签名：年月日目 录摘 要 1Abstract 21 前言 31.1 概论 31.2 全球的太阳能发展现状 31.3 国内太阳能发展现状 42 太阳电池的工作原理 42.1 太阳能电池的介绍 42.2 P-N结 42.3 太阳能的重要参数 52.3.1 开路电压Voc 52.3.2 短路电流ISC 52.3.3 输出功率 62.3.4 填充因子 62.3.5 转换效率 62.4 影响电池效率的因素及改进方法 73 异质结 83.1 异质结的发展 83.2 异质结的特点 84 太阳能电池 84.1 高效硅基太阳能电池 84.2 硅基异质结的发展 95 硅基异质结太阳电池的研究 95.1 硅基异质结太阳电池的发展 95.2 硅基异质结太阳电池的研究 105.2.1 HIT电池 115.2.2 纳米结构用在硅基异质结电池中 125.2.3 硅基同质异质结太阳电池 135.3 SILVACO TCAD软件 141结语 15参考文献 16致 谢 181摘要在当今能源匮乏的情况下，人们对太阳能的利用显得尤为的重要。

随着研究太阳能电池地不断进步影响着人们在未来各方面的进步，世界上大多数国家都对太阳能的研究和使用充满热情我们认识的首代单晶与多晶硅电池虽然制地技术不错，但是其消耗的原料多，制作的价格高，光电转换的效率又不理想二代的薄膜电池价格是降低了，但是不够稳定，在这两代电池的基础上，通过无数研发人员多年的努力，随着天阳能电池制作工艺不断地进步，人们将异质结应用到了太阳能电池中，从而打开了第三代发展方向的大门本文通过理解太阳能电池的工作原理，从中发现影响太阳能电池效率的因素，然后介绍将纳米结构用在硅基异质结电池中和将同质结用到硅基异质结电池中优点，并介绍Silvaco TCAD这款仿真软件，最后对硅基异质结太阳能电池做出发展方向的预测硅基异质结太阳能是太阳能发展的前沿，随着研究的进步，其更高效率的研究成为科研人员追求的目标关键词：异质结；太阳能电池；光生伏特效应AbstractIn today's energy shortage situation, the use of solar energy is particularly important. With the progress of research on solar cells, the progress of people in all aspects of the future, most countries in the world are full of enthusiasm for the study and use of solar energy. We know that the first generation of single crystal and polycrystalline silicon cell technology is good, but it consumes more raw materials, the production of high prices, the efficiency of photoelectric conversion is not ideal. Second-generation thin-film battery price is lower, but is not stable enough, in these two generations of battery based, through numerous R & D staff years of effort, with solar battery production process of continuous progress, people will heterojunction applied to solar cells, thus opened the door of the third generation of development direction.This paper, through understanding the working principle of solar cells, from found factors to affect the efficiency of solar cells, and then the nano structure is used in silicon heterojunction solar cells and the homojunction use advantages of silicon heterojunction solar cells, and introduces the SILVACO TCAD this simulation software and finally of silicon based hetero junction solar cells make a prediction of the development direction. Silicon based heterojunction solar energy is the forefront of the development of solar energy, with the progress of research, its more efficient research has become the pursuit of the goal of researchers.Keywords:heterojunction; solar cell; photovoltaic effect1 前言1.1 概论我们现在无时无刻不在使用电子产品，在交通工具泛滥的今天，电、石油和天然气已经成为我们生活中不可缺少的一部分，在有些地方使用的电主要还是用煤来发电的[1]。

我们燃烧的传统能源煤、石油和天然气等物质所带来的有污染的物质和温室气体对我们赖以生存的环境产生着巨大影响，所造成的环境污染在不断地威胁着人类的基本生存并且这些能源都是有限资源，它们正在不断地走向枯竭在使用过程中都会或多或少的产生一些不宜物质随着近年来全球温度越来越高，人们开始意识到环境的重要性，为了还能看到未来，我们不得不重视环境这不是一个国家能做到的，需要全球一起共同努力，我们需要保护我们赖以生存的大自然而我们生活中无时无刻不在破坏环境，所以人类迫切的需要寻找新的洁净的对环境和人类的健康无害的可持续发展的能源，必须减少对煤、石油等能源的依赖[2]车和电已经让人们无法离开，这是人类的发展所需，既然我们离不开，那么我们就只能改进它自从第一次石油危机和日本的福岛核事故的出现警醒着我们既要开发新的可持续发展能源，同时又要注意新能源的安全问题太阳能已经照耀我们地球无数个纪元，但是它依然如旧，我们离它那么远，依然能收到如此高的能量，并且它对我们的身体健康是有益的由此可见太阳能转换成为电能是全球保护环境并且实现可持续发展的一个重要方向对太阳能电池的研究要求：一是追求尽可能高的光电转换效率，从而降低产生相同电力时所需昂贵半导体材料。

二是选择其他新的材料和精致的制作工艺减少电池制作的成本面对能源危机我们不能逃避，所以我们必须不断对太阳能进行研究并使之普及1.2全球的太阳能发展现状2015年，全球的光伏市场都强劲地增长着，新增装机容量预计将超过50GW，日、美、欧在新增装机容量上最靠前，占作为第一的我国的一半左右，其他新的市场也不断增加照这样发展下去，14年左右太阳能发电将有望占据全球发电总量的十分之一1.3国内太阳能发展现状近九个月我国就对与光伏有关的行业增加了超过三分之一的资助，在财力物力的支持下，我国的自主研究发展取得了可观的成就，单晶硅、多晶硅、铜铟镓硒、砷化镓等的发电技术在国际上都处于领先的地位，甚至有些已经打破了世界纪录随着技术的进步，我国的发电成本不断降低2太阳电池的工作原理2.1太阳能电池的介绍当光照在p-n结上且能量大于它的禁带宽度时，会在p-n结附近产生电子-空穴对在内建电场的作用下，使得产生的非平衡载流子将向空间电荷区两端漂移，从而产生光生电势，打破了原来的平衡[3]如果将p-n结和外电路相连，就会在电路中出现电流，这种现象就叫光生伏特效应[4][5]而能将光能转换为电能的产品就是太阳能电池2.2P-N结在一块n型（或者p型）半导体晶体上，用适当的工艺方法把p型（或者n型）杂质掺入其中，让此晶体的不同位置分别显示n型和p型的导电类型，其交界面处就叫P-N结[6]。

唯一的n或p型半导体是不显电性的，但在两块半导体形成P-N结的过程中，由于p区内空穴占多数，电子占极少数；而n区内则电子占多数，空穴占极少数，在交界面的两侧出现电子和空穴浓度不一样，从而使得了空穴从p区到n区，电子从n区运动到p区，即扩散运动，如图2.1所示由于扩散运动，在P区的空穴离开后，在p区靠近n区的地方出现等数量的电子，这个区域叫负电荷区，同理在n区靠近p区的地方出现一个正电荷区，这两个区域叫作空间电荷区[7]，如图2.2所示在空间电荷区产生的电场叫内建电场图2.1载流子的扩散过程图2.2 P-N结空间电荷区2.3太阳能的重要参数太阳电池电特性的几项重要参数是开路电压(Voc)、短路电流(Jsc)、最大输出功率(Pm)、填充因子(FF)和转换效率(η)[8][9]2.3.1 开路电压Voc在电池受到光射并且是开路的情况时，，I=0，由此可得：VOC=Ln+(IL/L0+1)KBT/q (2.1)因为IL与照射光的强度成正比，VOc又是一个有限值，所以有如下式：(2.2)开路的电压随饱和电流logI0的增大而减小禁带宽度不断增加，I0就会随之减小，但是Voc会变大，并且Voc受温度影响，与之成反比。

2.3.2短路电流ISC用表示短路电流RL等于零、V等于零，则有：ISC =I =IL（2.3)光电流密度JL即光电流IL除以光电池面积，可以表示为：JL =qη0N(Eg)（2.4)收集的效率是式子中的η0；当所给的能量不断增大超过了Eg时的光子流密度时式子中的N（Eg），禁带距离即宽度是式子中的Eg2.3.3输出功率由图2.3看出，由太阳能电池特性曲线上我们可以求得负载电阻，只要给出实线上的一个点，我们就能求得对应的在实线上存在一个W点，能使该点对应的电流电压之积最大即Pm=Im×Vm (2.5)称W点、Im、Vm、Pm分别为。