本文采用脉冲激光沉积(PLD)技术在p型4H-SiC衬底上, 制备出沿(403)择优生长的β-Ga2O3薄膜。结果表明, 衬底生长温度对β-Ga2O3薄膜的形貌、结构、组分, 以及生长机理都有重要影响。当生长温度由300 ℃升高至500 ℃时, 薄膜结晶质量随生长温度升高而提高, 当温度进一步升高到600 ℃时, 薄膜结晶质量变差, 这是由于在相对低温(500 ℃以下)阶段, 生长温度越高, 沉积在衬底上原子的动能越大, 越容易迁移, 使得β-Ga2O3薄膜主要按照二维生长模式进行生长, 薄膜结晶质量提高, 表现为随着生长温度升高, 粗糙度降低。但当温度上升到600 ℃时, 由于4H-SiC衬底和β-Ga2O3薄膜之间的热膨胀系数存在差异, 导致薄膜生长由主要以二维生长模式向三维岛状演变。基于p-4H-SiC/n-β-Ga2O3构筑的异质结太阳电池, 其标准测试条件下光电转换效率达到3.43%。

目前晶硅异质结太阳电池大多采用刻蚀绒面来减小光学损耗,但该方法工艺繁琐,且重复性和后期镀膜均匀性不佳;同时,绒面增加了载流子的传输路径和复合概率,限制了电池性能的提高。本文利用太阳电池模拟软件OPAL和光学膜系设计软件TFCalc,以平面硅为衬底,设计了一种双层TiO₂/SiN_x减反膜。考虑到太阳光谱分布和异质结太阳电池的光谱响应,本文以加权平均光学损耗作为评价函数,将TiO₂/SiN_x双层减反膜与玻璃、衬底作为一体进行了优化,并将本文设计的减反膜与绒面硅上单层ITO减反膜的加权平均光学损耗进行了对比。结果表明,与绒面硅上单层ITO减反膜相比,所设计的双层减反膜的加权平均光学损耗更小,为4.69%,较单层ITO减反膜减小了1.97个百分点,且吸收损耗显著降低。本文研究为平面硅替代绒面硅提供了理论支持。

硫化亚锡(SnS)是一种Ⅳ-Ⅵ族层状化合物半导体材料, 其禁带宽度与太阳能电池最佳带隙1.5 eV非常接近, 并且在可见光范围内光的吸收系数很大(α>104 cm-1), 因此SnS是一种很有应用前景的材料。本文利用太阳能电池模拟软件wxAMPS模拟了MoS2/SnS异质结太阳能电池, 主要研究SnS吸收层的厚度、掺杂浓度和缺陷态等因素对太阳能电池性能的影响。研究发现: SnS吸收层最佳厚度为2 μm, 最佳掺杂浓度为1.0×1015 cm-3; 同时高斯缺陷态浓度超过1.0×1015 cm-3时, 电池各项性能参数随着浓度的增加而减小, 而带尾缺陷态超过1.0×1019 cm-3·eV-1时, 电池性能才开始下降; 其中界面缺陷态对太阳能电池影响比较严重, 界面缺陷态浓度超过1.0×1012 cm-2时, 开路电压、短路电流、填充因子和转换效率迅速下降。另外, 通过模拟获得的转换效率高达24.87%, 开路电压为0.88 V, 短路电流为33.4 mA/cm2。由此可知, MoS2/SnS异质结太阳能电池是一种很有发展潜力的光伏器件结构。

采用AFORS-HET软件对超薄异质结太阳能电池的窗口层、本征层的掺杂浓度、厚度、带隙等参数进行了数值模拟和优化，结合实际具体分析了每个参数对超薄异质结电池性能的影响规律，且得出了最佳的优化参数。模拟结果表明: 对于衬底厚度仅为80 μm的超薄异质结太阳能电池，随着窗口层厚度的增加，电池性能整体呈现下降的趋势，通过结合实际，得出窗口层的最佳厚度范围是5～9 nm; 随着窗口层掺杂浓度的增加，电池性能整体呈现先增加后趋于恒定的趋势，窗口层理论上的最佳掺杂浓度范围为7×1019～8×1019; 窗口层的带隙宽度对电池的开路电压和效率影响较大，对填充因子和短路电流有较小的影响，窗口层的最优带隙范围为1.85～2.0 eV。随着本征层厚度的增加，电池的填充因子FF和效率Eff呈现先增加后减小的趋势，短路电流逐渐减小，而开路电压基本不变，本征层的最佳厚度是5～10 nm; 当本征层的光学带隙小于1.8 eV时，对电池性能影响较小，当大于1.8 eV，电池性能急剧下降，因此本征层的最佳带隙范围是1.6～1.8 eV。

单层二硫化钼(MoS2)是一种具有优异光电性能的半导体材料，在太阳能能量转换中表现出很大的应用潜力。本文基于AMPS模拟软件，对单层n型MoS2/p型c-Si异质结太阳电池进行了数值模拟与分析。通过模拟优化，n型MoS2的电子亲和能为3.75 eV、掺杂浓度为1018 cm-3，p型c-Si的掺杂浓度为1017 cm-3时，太阳电池能够取得最高22.1%的转换效率。最后模拟了n型MoS2/p型c-Si异质结界面处的界面态对太阳电池性能的影响，发现界面态密度超过1011 cm-2·eV-1时会严重影响太阳电池的光伏性能。

设计了单层 MoS2(n)/a-Si(i)/c-Si(p)/μc-Si(p+) 异质结太阳能电池结构, 采用AFORS-HET模拟软件模拟了背场层的带隙、掺杂浓度和缺陷密度等参 数对开路电压、短路电流、填充因子和转化效率的影响。结果显示, 背场层带隙在 1.5~1.7 eV 之间, 背场层的掺杂浓度大于 1×1018 cm-3 时, 该结构的太 阳能电池有比较稳定的表现。缺陷密度增加时, 太阳能电池效率随着缺陷密度的对数线性减小, 当控制缺陷密度在1011 cm-3以下时, 可以获得大于24.10%的 转化效率, 缺陷密度为 109 cm-3时, 可以获得最高29.08%的转换效率。最后研究了背场层对该结构太阳能电池的作用, 结果显示有效控制缺陷密度时, 背场 层的添加对电池效率的提升很明显。

针对非晶硅薄膜沉积时金字塔沟壑处容易出现外延生长的问题,采用化学抛光液CP133对硅片表面进行了抛光处理。研究结果表明,抛光使得金字塔底部区域形貌由“V”型变成了“U”型,明显改善了非晶硅/晶体硅界面的钝化效果。抛光溶液温度低于30 ℃时难以发挥腐蚀作用,但当溶液的起始温度升高至35 ℃时,获得了较好的抛光效果。采用质量分数为1%的NaOH溶液制绒且抛光时间为30 s时,太阳电池性能较佳。

Textured surface boron-doped zinc oxide (BZO) thin films were fabricated by metal organic chemical vapor deposition as transparent conductive oxide (TCO) for solar cells. The surface microstructure was characterized by X-ray diffraction spectrum and scanning electron microscope. The optical transmittance was shown by optical transmittance microscope and the electrical properties were tested by Hall measurements. The thickness of the BZO film has crucial impact on the surface morphology, optical transmittance, and resistivity. The electrical and optical properties as well as surface microstructure varied inconsistently with the increase of the film thickness. The grain size and the surface roughness increased with the increase of the film thickness. The conductivity increased from 0.96×10³ to 6.94×10³ S/cm while the optical transmittance decreased from above 85% to nearly 80% with the increase of film thickness from 195 to 1021 nm. The BZO films deposited as both front and back transparent electrodes were applied to the bifacial ptype a-Si:H/i-type a-Si:H/n-type c-Si/i-type a-Si:H/n⁺-type a-Si:H heterojunction solar cells to obtain the optimized parameter of thickness. The highest efficiency of all the samples was 17.8% obtained with the BZO film thickness of 829 nm. Meanwhile, the fill factor was 0.676, the opencircuit voltage was 0.63 Vand the short-circuit density was 41.79 mA/cm². The properties of the solar cells changing with the thickness were also investigated.

硅异质结（SHJ）太阳电池作为备受关注的新型高效太阳电池，是在单晶硅表面沉积非晶硅薄膜制备而成的。将绒面结构的单晶硅衬底应用于异质结太阳电池，可以减少光的反射，增强光吸收的效率，从而提高太阳电池短路电流密度。利用湿法化学腐蚀对单晶硅衬底表面进行制绒，通过优化影响绒面形貌的几个关键参数，包括异丙醇浓度、时间、衬底类型和硅酸钠的含量，最终通过在n型单晶硅衬底上制绒，使波长为1011 nm处最低反射率从制绒前的34.7%降低到了9.14%，将制绒衬底应用到异质结太阳电池上，短路电流由32.06 mA/cm-2 提升到36.16 mA/cm-2,有效地改善了SHJ太阳电池的性能。

采用Afors-het太阳能电池异质结模拟软件，模拟了在不同工作温度下微晶硅背场对a-Si(n)/c-Si(p)异质结太阳能电池性能的影响。 结果表明，随着背场带隙的增加，开路电压和转化效率都增大。随着背场掺杂浓度的增加，开路电压、填充因子和转化效率都在不断 地增加；随着背场厚度的增加，电池性能有所下降。随着电池工作温度的上升，微晶硅背场所对应的最佳浓度掺杂值和最佳厚度值变 化不大。但是随着温度的上升，微晶硅背场所对应的最佳带隙值有明显的右移趋势。实验结果为电池的商业化生产提供了实验参数。