文 献 综 述

1引言

能源是人类社会赖以生存与发展重要的物质基础，也是经济社会发展重要的制约因素，能源安全事关经济安全和国家安全^[1]。随着社会进步和经济发展，全球能源消费持续增长，而可供人类利用的石油、煤炭、天然气等化石能源储量越来越少。同时，化石能源对环境污染和排放温室气体引起气候变化，带来严重危害。太阳为人类提供了人类目前消耗的能量的1万倍以上，光伏有可能成为一个巨大的，对环境无害的能源^[2]。在当今的光伏产业，降低生产成本、提高太阳能电池的转换效率是太阳能电池生产企业的首要任务。传统的晶体硅电池技术日益成熟，但要在现有生产线与工艺技术基础之上，将晶体硅电池转换效率进一步较大幅度较大提高有很大困难。目前世界各地的研究机构和企业加大了对硅异质结太阳能电池的研发^[3]。一方面，为了制成高效率的非晶硅/晶体硅异质结电池，必须在生产过程中严谨地选择每一道工序的工艺参数从而得到合适的结构参数。另一方面，通过模拟异质结电池的输出特性，获得最优化的结构参数，指导实践生产过程中工艺参数的选择，并通过模拟研究电池器件涉及的物理问题，以便理解当中的光电性质。

2硅异质结电池概述

硅异质结（silicon heterojunction, SHJ）太阳能电池是一种由非晶硅薄膜层沉积于晶硅吸收层构成的高效低成本的光伏器件，是一种具有大面积规模化生产潜力的光伏产品^[4]。硅异质结包括晶硅(crystalline silicon, c-Si)和非晶硅(a-Si:H)两种半导体，其制备方法是通过化学气相沉积等技术在c-Si衬底上沉积a-Si:H薄膜。SHJ太阳能电池的高效率来源于本征非晶硅 i-a-Si:H钝化c-Si表面获得的高开路电压(open-circuit voltage, V_oc)^[5]。不过c-Si和a-Si:H之间以及a-Si:H和透明导电层(transparent conductive oxide, TCO)之间都会形成能带带阶，而且导带带阶和价带带阶不对称都会影响光生载流子的输运和SHJ太阳能电池的性能。

SHJ太阳能电池也会采用一定的扩散同质结硅太阳能电池技术，比如磷扩散吸杂技术，能提升硅片的载流子寿命，应用于SHJ太阳能电池中对效率有一定的提升。电镀是一项有望取代丝网印刷技术的低成本大面积金属化制程，有利于降低扩散同质结硅太阳能电池和SHJ太阳能电池的制造成本。SHJ太阳能电池的数值模拟和实验研究正在全球范围内展开，对SHJ太阳能电池的结构和工艺做出了许多分析和说明，对SHJ太阳能电池物理机制和性能影响因素的认识不断深入。将近年来关于SHJ太阳能电池物理机制的理解和认识加以归纳总结，对SHJ太阳能电池优化设计加以分析疏理，可以对后续SHJ太阳能电池的研发和规模化生产提供有益的启示。

2.1研究背景

1951年，Gubanov^[6]提出了异质结的概念。

1960年，第一次成功制造异质结器件^[7]。

1968年，Grigorovici等^[8]在单晶硅衬底上首次实现了非晶硅/晶体硅异质结，当时采用热蒸发沉积非晶硅，所以非晶硅层不含氢，制备的非晶硅薄膜缺陷密度较高。

1974年，Fuhs^[9]和同事研究了第一个氢化非晶硅/晶体硅异质结器件。随着PECVD技术发展，采用PECVD方法沉积非晶硅薄膜因含有氢，能够饱和悬挂键，从而实现良好的钝化作用，因而缺陷密度较低。

1983年，Okuda^[10]等采用n-a-Si:H/p-mc-Si异质结为底电池，n-i-p结构的a-Si:H为顶电池,制得转换效率为12.3%的叠层电池。