采用太陽電池電容模擬軟件（簡稱SCAPS）對p- i- n 結構的微晶硅同質結薄膜太陽電池進行了數值模擬。研究了本征層的厚度和缺陷態濃度及窗口層的厚度等參數對電池性能的影響。得到的主要結論如下：（1）隨著本征層缺陷態濃度Nt 的增加，電池的各性能參數均單調下降。（2）隨著本征層厚度的增加，長波段的光譜響應逐漸改善，但該層過厚則導致中波段的光譜響應急劇下降，在Nt=1.0×10¹⁶/cm³ 的條件下，本征層厚度在1.5~2.0 μm 范圍內電池效率均可達到7.0%以上。（3）p 型窗口層的厚度對短波段的光譜響應及短路電流密度JSC有較大影響。

　　提高轉化效率、降低生產成本始終是太陽電池研究的兩大方向，薄膜太陽電池正是順應這一要求而迅速發展起來的。在各類薄膜太陽電池中，微晶硅(μc- Si:H)薄膜電池因兼有晶體硅電池的高穩定性和薄膜電池低成本的優勢，成為近年來光伏領域研究的熱點。目前有關微晶硅薄膜電池的研究工作主要集中在實驗方面，研究內容涉及如何提高微晶硅薄膜的沉積速率、控制氧污染及制備光陷阱等。為了更好的理解微晶硅薄膜太陽電池的工作原理，優化電池結構，本文利用太陽電池電容模擬軟件（簡稱SCAPS）對p-i-n 結構的微晶硅薄膜太陽電池進行數值模擬，主要研究了本征層的缺陷態濃度和厚度以及窗口層的厚度等參數對電池性能的影響。

1、SCAPS 軟件簡介及物理模型

　　SCAPS （Solar Cell Capacitance Simulator）是Burgelman 等人依據半導體器件物理的基本方程（包括泊松方程、電子和空穴的連續性方程等）研究開發的太陽電池電容模擬軟件。近年來，Burgelman 等人利用該軟件針對CdTe 和CIGS 等多晶薄膜太陽電池開展了大量的研究工作，所得到的模擬結果和實驗結果吻合得很好。

　　本文所研究的p-i-n微晶硅薄膜太陽電池的結構如圖1 所示。圖1 中p、i、n 三層都是微晶硅薄膜，由于本征層（即i 層）中通常存在不同程度的氧污染，該層實際上呈弱n 型，故該結構也可稱作pnn 結構。計算中微晶硅的薄膜吸收系數取自文獻，光學帶隙取為1.2 eV，各層的具體參數見表1。本模型沒有考慮復雜的陷光結構。模擬時采用標準的太陽光譜AM1.5 (100mW/cm²)從電池左側入射，設入射光在前、背電極表面的反射率分別為0.1 和0.9；電子和空穴在該表面處的復合速率為1×10⁷ cm/s。為了簡化，本文暫不考慮界面態的影響。

圖1 微晶硅p-i-n薄膜太陽電池結構示意圖

3、結論

　　利用Burgelman 等人開發的SCAPS 軟件，通過建立微晶硅薄膜電池模型并合理設置參數，研究了本征層缺陷態濃度、厚度及p 型窗口層的厚度對電池的各性能的影響，得到的主要結論如下：

　　(1) 本征層缺陷態濃度對電池性能有至關重要的影響：隨著本征層缺陷態密度Nt 的增加，各波段的光譜響應都顯著變小，電池的各性能參數（VOC、JSC，FF，η）均單調下降。

　　(2) 隨著本征層厚度的增加，電池在長波段的光譜響應逐步改善；電池的開路電壓VOC 和填充因子FF 單調下降，短路電流密度JSC 和效率η先增大后減小；在缺陷態濃度為1.0×10¹⁶/cm³ 的條件下，本征層厚度為1.5~2.0 μm 時電池的性能較為理想，效率達到7.0%以上。

　　(3) p 型窗口層的厚度對中短波段的光譜響應及短路電流密度JSC 有較大影響。