《矽基薄膜疊層太陽能電池中間層雙功能協同的機制研究》是依託北京工業大學，由嚴輝擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：矽基薄膜疊層太陽能電池中間層雙功能協同的機制研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：嚴輝
- 依託單位：北京工業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
開發低成本、高穩定和高效率的非晶矽電池/微晶矽薄膜疊層太陽能電池是當前光伏領域的重要目標之一，而疊層中子電池的電流匹配是制約電池整體轉換效率提高的關鍵因素，針對該因素的重要解決方案中間層技術的研究工作尚缺少。申請項目提出開展以SiOx為代表的中間層研究，重點探索中間層在入射光的選擇性再分配以及光生電流相匹配的物理機理和器件性能，確立中間層對光管理和電控制雙功能作用的演變規律和比較優勢。在建立中間層疊層電池光電理論模型的基礎上，研究探明中間層的主要特徵（組分、界面、摻雜、尺度等）對光子選擇吸收以及載流子行為的作用機理；比較研究理論模型和實際數據的異同，揭示中間層的製備條件及其工藝參數對其光學性質（折射率、吸收和反射係數、光學帶隙等）及電學性質（光、暗電導率）的關係；解決中間層替代頂電池n-a-Si層中的瓶頸問題，發展新型中間層的雙功能-協同原型電池，推動矽基薄膜疊層太陽能電池發展
結題摘要
開發低成本、高穩定和高效率的非晶/微晶矽薄膜疊層太陽能電池是光伏領域的重要研究目標，而疊層電池中子電池的電流匹配嚴重製約了電池整體轉換效率。本項目通過在疊層電池中引入具有光管理和電控制“雙功能”協同作用機制的中間層，提高疊層電池中頂、底電池的電流匹配，實現電池整體效率的提升，同時澄清了具備“雙功能-協同”機制的中間層材料的主要特徵。著重研究了中間層材料的主要特徵（組分、界面、摻雜、尺度等）對其典型光學常數（折射率、光學帶隙等）與主要電學性質（電導率、費米能級）的影響規律，以及對疊層電池中光的選擇性再分配、能帶結構、內建電場和載流子輸運行為等作用機制，發展了具有提高疊層太陽能轉換效率的“中間層材料”及“中間層技術”。項目以SiOx為主要對象的中間層，首先在a-Si/μc-Si疊層太陽能電池中引入SiOx薄膜中間層材料，提升了頂、底電池的電流匹配，使疊層電池組件效率在有效面積下從10.5%提升到11.9%。接著採用n-μc-SiOx薄膜作為電池的中間層以及n層，實現高效的光子選擇性反射-透射與吸收以及載流子產生-分離-輸運控制的“雙功能-協同”作用。經過頂電池和底電池的最佳化後，在0.79 m2的襯底上製備出全面積初始轉換效率為12.8%的非晶矽疊層電池。然後採用p型 SiOx薄膜替代a-SiCx:H作為非晶矽電池P層，有效抑制了電池的S-W效應，經過250小時的光照實驗後,電池效率衰減率由16.1%降低到13.9%，提高了電池的穩定性。最後結合本徵層的最佳化工作，研究了p型a-SiOx:H薄膜在非晶矽鍺三結電池中的套用，使三結電池初始效率達到了11.29%，同時提升了電池的光照穩定性。實現了中間層材料在非晶矽薄膜疊層電池中的套用以及電池效率與穩定性的提升，圓滿地完成了科研目標。
