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通过模拟TLM结构理解硅异质结太阳能电池空穴接触的传输特性

DOI：10.1109/JPHOTOV.2019.2957655 期刊：IEEE Journal of Photovoltaics 出版年份：2019 更新时间：2025-09-16 10:30:52
摘要： 硅异质结（SHJ）太阳能电池器件结构采用载流子选择性接触，既能高效收集多数载流子，又能阻碍少数载流子的收集。然而这些接触层也可能成为电阻损耗源，导致电池性能下降。本文通过模拟SHJ太阳能电池传输长度法结构中的载流子输运，评估了载流子选择性空穴接触层——氢化非晶硅（a-Si:H）(i)/a-Si:H(p)/氧化铟锡（ITO）/银——的性能。我们通过改变a-Si:H(i)层厚度、ITO(n+)和a-Si:H(p)层掺杂浓度、温度以及a-Si:H(i)/晶体硅（c-Si）界面缺陷密度，研究了接触电阻率的变化规律。特别关注了ITO/a-Si:H(p)和a-Si:H(i)/c-Si异质结对接触电阻率的影响，因为它们对调控空穴接触结构的载流子输运起着关键作用。我们引入了带间隧穿和热电子发射等输运模型来描述异质结界面的载流子输运过程。此前多数模拟研究将ITO视为肖特基接触，而本文将其作为n型半导体处理。模拟结果与测定接触电阻率的相应实验高度吻合：当a-Si:H(i)层厚度从4nm增至16nm时，模拟接触电阻率从0.50Ωcm2升至2.1Ωcm2，与实验测量值最大偏差仅8%。需说明的是，我们计算的是包含a-Si:H(p)/c-Si和ITO/a-Si:H(p)异质结界面输运效应的完整空穴接触叠层电阻率。对应电池结构的实验显示填充因子从77%降至70%。模拟表明高掺杂n型ITO层能促进ITO/a-Si:H(p)异质结界面的隧穿效应，从而实现低接触电阻率。
作者： Pradyumna Muralidharan，Mehdi (Ashling) Leilaeioun，William Weigand，Zachary C. Holman，Stephen M. Goodnick，Dragica Vasileska
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

通过模拟硅异质结（SHJ）太阳能电池转移长度法结构中的载流子传输，评估选择性载流子接触在硅异质结太阳能电池中的性能，重点研究不同条件下载流子接触电阻率的行为。

研究成果

该研究表明，在模拟中需将ITO视为n型半导体以准确建模SHJ太阳能电池中的载流子传输。研究强调了ITO/a-Si:H(p)界面处的带间隧穿效应与a-Si:H(i)/c-Si界面处的热电子发射对接触电阻率的决定性作用。结果表明，高掺杂ITO层能促进隧穿效应，从而降低接触电阻率。

研究不足

该研究未考虑陷阱辅助隧穿效应，且缺乏能解释温度变化影响的精细迁移率模型。此外，模拟中未考虑带隙随温度的变化。

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