高效晶体硅太阳能电池的表征与优化
材料科学
2024-09-04 v1 其他凝聚态物理
摘要
由于硅基太阳能电池（solar cell, SC）在实验条件下的光转化效率 正在接近理论基本极限，因此进一步提高其性能需要通过理论建模和/或数值仿真来优化 SC 的参数并进行设计。描述了用于建模和优化基于单晶硅（c-Si）的关键参数的高效太阳能电池的数值方法，后者是光伏领域的主导材料。结果表明，除了通常考虑的四种复合作用机制——Shockley-Read-Hall、表面、辐射和 band-to-band Auger 复合作用外，还必须包括非辐射杂质 Auger 复合作用和空间电荷区域（SCR）内的复合作用。为发展太阳能电池表征的解析 formalism，我们提出了一种简单表达式，用于建模光电流在吸收边附近的波长相关外部量子效率（EQE）。基于此参数化方法，所发展的理论允许计算和优化基片厚度相关的短路电流、开路电压以及 SC 光转化效率。我们证明了一种优化太阳能电池参数（尤其是厚度和基底掺杂浓度）的方法是准确的，并已针对文献中报告的两种硅太阳能电池进行了验证，其中一种效率为 26.7%，另一种为纪录 26.81%。结果表明，所发展的 formalism 允许进一步优化太阳能电池的厚度和掺杂水平，从而将 SC 效率提高到更高的值。
引用
@article{arxiv.2409.01101,
title = {Characterization and optimization of high-efficiency crystalline silicon solar cells},
author = {V. P. Kostylyov and A. V. Sachenko and M. Evstigneev and I. O. Sokolovskyi and A. I. Shkrebtii},
journal= {arXiv preprint arXiv:2409.01101},
year = {2024}
}