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硅基太阳电池是现阶段光伏发电市场的主流产品,提高光电转换效率、降低发电成本是扩大硅基太阳电池应用领域、推进可再生能源发展面临的关键问题,异质结或叠层太阳电池是高效太阳电池的发展方向之一。ZnSiP2作为Ⅲ-V族材料衍生物,具有宽禁带、吸收系数高、与硅晶格失配率低等优点,是制备硅基异质结及叠层太阳电池的优选材料。目前,基于ZnSiP2-Si材料体系太阳电池的研究刚刚起步,关于不同结构太阳电池特性的研究工作尚未充分进行,合理的太阳电池结构参数是获得高光电转化效率的前提和基础。本文在介绍太阳电池和叠层电池相关理论的基础上,采用Silvaco-TCAD仿真软件建立了 ZnSiP2/Si异质结、ZnSiP2/Si双结和ZnSiP2/Si/SiGe三结叠层太阳电池的二维结构模型,模拟了不同结构太阳电池的特性,分析了材料参数和结构尺寸对太阳电池特性的影响,从而为后续ZnSiP2-Si太阳电池的研制提供参考依据。主要结果如下:(1)选用厚度100μm、掺杂浓度3 × 1016cm-3的单晶硅为衬底,模拟分析了 ZnSiP2层参数对ZnSiP2/Si异质结太阳电池特性的影响,得到一组初步优选的结构参数:厚度2 μm,掺杂浓度大于2×1018cm-3,少子寿命高于1 × 10-7s。参数优化后的电池性能为:短路电流密度35.92mA/cm2,开路电压741.54mV,填充因子83.29%,转换效率22.18%。(2)研究了ZnSiP2和Si子电池掺杂浓度及厚度对ZnSiP2/Si双结叠层太阳电池性能的影响。结果表明:吸收层厚度是影响短路电流密度的主要因素和实现电流匹配的关键,子电池吸收层厚度分别为2μm/20μm时电流匹配,转换效率高。ZnSiP2子电池P+层的寄生吸收显著影响短路电流密度,较薄的P+层厚度是获得高转换效率的关键。ZnSiP2及Si子电池P+层掺杂浓度分别高于1 × 1018Cm-3和5× 1018cm-3时,转换效率高。仿真结果表明该结构太阳电池的转换效率可达32.91%,是一种有应用潜力的硅基高效太阳电池。(3)为拓宽硅基太阳电池的吸收光谱,提出了 ZnSiP2/Si/SiGe三结叠层太阳电池结构,通过模拟分析得到了 SiGe底电池的优选结构参数:Si1-x(Gex材料Ge组分为0.2;P+层厚度为0.2μm,N+层厚度为0.5μm,二者掺杂浓度均为5× 1018cm-3;吸收层厚度为5μm,掺杂浓度为5×1015cm-3。仿真结果表明该三结叠层结构太阳电池的转换效率为37.71%,其转换效率高、应用潜力大,应加强研发。