a—SiC／c—Si异质结太阳能电池设计分析

第２３卷第５期　２００２年５月　半导体学报　Ｖｏ１．２３，Ｎｏ．５　Ｍａｙ．２００２　ＣＨＩＮＥＳＥ　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲＳ　ａ—ＳｉＣ／ｃ—Ｓｉ异质结太阳能电池设计分析　林鸿生　段开敏　马　雷　《中国科学技术大学物理系．合肥２３００２６）　摘耍：通过应用Ｓｃｈａｒｉｅｔｔｅｒ￣ｕｍｍｅｌ解法数值求解Ｐｏｉｓｓｏｎ方程，对热平衡态ａ　ＳｉＣ／ｃ　Ｓｉ异质结太阳能电池进行　计算机数值模拟，详细分析不同制备条件下ａ—ＳｉＣ／ｃ—Ｓｉ异质结太阳能电池的能带结构和电池中电场强度分布，指　出采用更薄Ｐ　（ａ—ＳｉＣ，Ｈ）薄膜和在ｐｎ异质结嵌入ｉ（ａ—Ｓｉ：Ｈ）缓冲薄层设计能有效增强光生载流子的传输与收　集，从而提高ａ－ＳｉＣ／ｃ—Ｓｉ异质结太阳能电池的性能，而高强度光照射下模拟计算表明　ＳｉＣ／ｃ—Ｓｉ异质结太阳能电　池具有较高光稳定性．　美■词：异质结太阳能电池｝Ｎｅｗｔｏｎ—Ｒａｐｈｓｏｎ解法｝ａ—ＳｉＣ：Ｈ腺态密度分布｝载流子收集　ｐａｃｅ｝８６３０Ｊ；０２６０；７１２５Ｍ　中圈分类号：ＴＭ９１４．４２　文■标识码：Ａ　文章编号：０２５３—４１７７（２００２）０５—０４９２—０７　阳能电池中具有巨大的潜力．　１引言　近年来，非晶（薄膜）一晶态硅异质结，诸如ａ—Ｓｉ／　ｃ—ｓｉ，　ｃ—Ｓｉ／ｃ—Ｓｉ和ａ—ＳｉＣ／ｃ—Ｓｉ等结构太阳能电池得　到人们愈来愈浓厚的兴趣　］，原因是晶态硅半导　体太阳能电池能量转换效率虽高达２４　，但造价昂　贵，而ａ　Ｓｉ：Ｈ基太阳能电池虽然能大面积生产，造　在１６０℃下通过等离子体增强化学气相沉积　（ＰＥＣＶＤ）技术０　把ａ—ＳｉＣ：Ｈ薄膜直接沉积于ｎ型　单晶硅ｎ（ｃ—Ｓｉ）本底材料上而形成Ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）／ｎ　（ｃ—Ｓｉ）异质结，获得了８．６　电池能量转换效率，但　若嵌入有器件质量的ｉ（ａ—Ｓｉ：Ｈ）缓冲薄层，即采用　所谓ＨＩＴ技术（ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｉｎｓｅ￣ｅｄ　ｉｎｔｒｉｎ－　ｓｉｃ　ｔｈｉｎ—ｌａｙｅｒ），电池的能量转换效率将提高到　１２．６　口］，这被笼统归结为所嵌入的缓冲薄层钝化　非晶（薄膜）一晶态硅异质结，改善结特性的缘　故口　］，而非晶（薄膜）一晶态硅异质结制造中普遍应　用极薄（～５ｒｉｍ）非晶薄膜设计的原因，迄今在文献　上未见过适当的解释与说明．本文将应用计算机数　价又低廉，可是内在的Ｓｔａｅｈｌｅｒ—Ｗｒｏｎｓｋｉ效应使其　稳定性变差．非晶（薄膜）一晶态硅异质结结构是综合　两者优点充分发挥各自长处的最佳设计，而且这种　结构电池能在较低温度下（＜２５Ｏ℃）制造，从而避免　采用传统的高温（＞９００￣Ｃ）扩散工艺来获得Ｐ　ｎ结．　这样不但节约能源，而且低温环境使得ａ—ｓｉ：Ｈ基　薄膜掺杂、禁带宽度、厚度得以较精确控制，为优化　值模拟方法来分析嵌入ｉ（ａ—Ｓｉ：Ｈ）薄层提高ａ—ＳｉＣ／　ｃ—ｓｉ异质结太阳能电池性能的物理原因，阐释电池　中极薄Ｐ　（ａ·ＳｉＣ：Ｈ）薄膜设计，并讨论其稳定性．　器件特性提供机会．低温沉积过程中单晶硅片弯曲，　变形小，因而其厚度可取作为本底光吸收材料光学　所要求的最低值，约８Ｏ　ｍ，改善少数载流子扩散长　度与电池总厚度比值，从而允许采用“低品质”ｃ　Ｓｉ　以及ｐｏｌｙ—Ｓｉ＿１］．因此非晶（薄膜）一晶态硅异质结在　２物理模型　图１是Ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）／ｉ（ａ—Ｓｉ：Ｈ）／ｎ（ｃ—Ｓｉ）异　制造大面积、高效率、低价格、稳定性好的半导体太　＊国家自然科学基叠资助］哽目（批准号｝６９８７６０２４）　质结太阳能电池结构简图．ａ—ＳｉＣ：Ｈ薄膜中加入的　韩鹁生马霄男，１９３９年出生，教授，目前主要从事半导件太阳能电池等器件模拟和特性研究．　男，１９７７年出生，研究生，现在美国Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｎｏｒｔｈ—Ｃａｒｏｌｉ￣攻读博士学位．　＠２００２中国电子学会　２００１—０７—１２收爿，２００１—１１—２３定稿　维普资讯 http://www.cqvip.com

５期　林鸿生等：ａ—ＳｉＣ／ｃ—Ｓｉ异质结太阳曲电池设计分析　４９３　Ｃ增加了晶格无序度而使其带尾态宽度展宽　和隙　态密度增大（约比ａ—ｓｉ：Ｈ大２个数量级Ｚｓ］），用图２　的　ｕ”型分布模型　来概括ａ　ＳｉＣ：Ｈ和ａ—ｓｉ：Ｈ　隙态密度分布，即从导带边Ｅｃ伸人带隙的类受主　Ｕｒｂａｃｈ带尾态为Ⅳ（Ｅ）一Ｇ　ｅｘｐ（一Ｅ／Ｅ　），和价　带边Ｅｖ伸人带隙的类施主Ｕｒｂａｃｈ带尾态Ｎ（Ｅ）　Ｇａ。ｅｘｐ（一Ｅ／Ｅａ），能量Ｅ起始点分别从导带底　和价带顶算起，伸人禁带为正，禁带中部是常数隙态　密度Ｇ啦，其能量范围从Ｅ　。到Ｅ—Ｅｕ　—ＥＬｏ　］，Ｅａ　是类受主态和类施主态转换能量．　￣（Ｉ－ＳｉＣ－．Ｈ）　０　圉１　Ｐ　（ａ　ＳｉＣ，Ｈ）／ｉ（ａ一　‘Ｈ）／ｎ（ｃ—Ｓｉ）异质结太阳蓖　电谊结构筒圈　Ｆｉｇ．１　Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　Ｐ　（ａ—ＳｉＣ　ｌ　Ｈ）／ｉ（ａ—　Ｓｉ　ｔ　Ｈ）／ｎ（ｃ—Ｓｉ）ｓｏｌａｒ　ｅｅｌｌ　Ｎ　０ｚ）　圈２　Ｕ　垄琼态密度分布　Ｆｉｇ．２　Ｕ—ｓｈａｐｅｄ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｇａｐ　ｓｔａｔｅｓ　下列Ｐｏｉｓｓｏｎ方程描述ａ—ＳｉＣ／ｃ—Ｓｉ异质结太阳　能电池热平衡态性质：　咖）　一　）　…　式中　ｈ）称局部真空能级，它的数值与电子静电　势相同，但符号相反，其单位为ｅＶ　］；Ｅ（　）是材料　介电常数．于是电池中电场强度Ｆ（ｘ）由下式得出：　肌）一　方程（１）右边空间电荷密度ｐ（ｘ）表示为：　Ｐ　）一ｑＥｐ　）一Ｈ　）＋Ⅳ　（ｎｅｔ）　）　＋Ｐ　）一”　（ｚ）］　（２）　其中Ｐ（ｚ）是价带中空穴浓度；一　）是导带中电子　浓度；Ⅳ　（ｎｅｔ）　）是净有效荷正电分立局域态浓　度，Ｐ　）是连续局域态上俘获的空穴浓度ｍ（ｚ）是　连续局域态上俘获的电子浓度．　表１列出了ａ—ＳｉＣ／ｃ—Ｓｉ异质结太阳能电池模拟　计算中使用的典型物理参数　．ａ—ＳｉＣ：Ｈ的Ｅ　一　１．９８ｅＶ，电子亲和能　３．８３ｅＶ，介电常数Ｅ一　９．７，ａ　Ｓｉ：Ｈ的Ｅ　一１．７２ｅＶ，　一４．ｏｅＶ，Ｅ一１１．７，　而ｃ　ｓｉ的Ｅ　一１．１２ｅＶ，　一４．０５ｅＶ，Ｅ一１１．９．模拟　计算中Ｔ一３００Ｋ，器件总长度为Ｌ，工一４．　ｍ．　。　是ｚ一０处势垒高度，　是ｘ＝Ｌ处势垒高度，　一　１．５２ｅＶ，　ｂ　—Ｏ　２３ｅｖ．方程（１）的边界条件是：　ｆ　（Ｏ）一　。一　Ｉ　（工）一０　、　把器件进行８００等分的网格划分，通过差分法把方　程（１）转化成一组差分方程组，由Ｎｅｗｔｏｎ　Ｒａｐｈｓｏｎ　解法求解差分方程组“　］，得出器件网格点上电子局　部真空能级　的精确数值解，从而计算出相应的能　带图，电场强度和空间电荷浓度分布等　］．显然，只　要选择恰当的器件物理参数，方程（１）和（３）的求解　是没有任何先决条件的．　表ｌ　ａ　ＳｉＣ／ｃ　Ｓｉ异质结太阳能电｝电模拟计算使用的真　型物理参数　Ｔａｂｌｅ　１　Ｔｙｐｉｃａｌ　ｐｈｙｓｉｃｓ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｕｓｅｄ　ａｓ　ｉｎ－　ｐｕｔ　ｆｏｒ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｉｎ　ａ—ＳｉＣ／ｃ—Ｓｉ　ｈｅｔｅｒｏ—　ｊｕｎｃｔｉｏｎ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌｓ　参数　Ｄ（ａ－ＳｉＣ｜Ｈ）　ｉ（ａ　Ｓｉｊ　Ｈ）　ｎ（ｃ—Ｓｉ）　Ｉ　｝ｍ　０．０５　３．９３　Ｎｒ＃ｃｍ　４×１０ｉ　ｓ　ＮＡ／ｃｍ一０　５×１０ｎ　Ｎｃ／ｅｍ　２．０４×１０ｌ’　２×１０ｔ９　２．８×ｌ０ｔ９　Ｎｖ／ｃｍ一３　３．３×１０ｌ　２×ｌ０ｔ９　１　０９×１０ｌ，　Ｇｈ／（ｃｍ　３·ｅＶ　）　７×１０ａｔ　７．２Ｚ２×１０２　Ｊ　Ｇ１０／（ｃｍ一３·ｅＶ　）　７Ｘ１０ｎ　７．２Ｚ２×１ＯＺ　Ｊ　Ｅａ／ｅＶ　仉０６　０．０４３３　Ｅ／ｅＶ　０．０４　０．Ｏ２７　Ｇ呷／（ｃｍ一０·ｅＶ一　）　ｌ×ｌ０ｔｖ　３×ｌ０ｔｓ　Ｅｈ｝　４　ａ　Ｓｉ；Ｈ太阳能电池在光照射下性能出现衰退　影响了它的应用．我们在文献Ｅ８３的实验结果中支持　了空间电荷效应是ａ—Ｓｉ：Ｈ太阳能电池光诱导性能　维普资讯 http://www.cqvip.com

４９４　半导体学报　２３卷　衰退的主要物理机制　］，继而应用数值模拟方法口　进一步论证并得出结论，在光照射下ａ　Ｓｉ：Ｈ太阳　能电池光生空穴俘获产生的带正电缺陷使电池内部　域）．　＝０．０８ｆｆｍ交界面上电场强度最大，为１．３９×　ｌ０。Ｖ／ｃｍ，保证了对势垒区光生载流子的抽取，势垒　区主要延伸于ｃ—ｓｉ上，单晶硅中载流子扩散长度有　几百微米，载流子传输可以主要因扩散运动而进行，　电场的存在并不重要，但ａ—ＳｉＣ：Ｈ等非晶薄膜缺　陷密度高，载流子扩散长度极短（＜Ｏ．１ｖｔｍ），膜内光　有了净正空间电荷，从而把高电场调制到Ｐ／ｉ界面，　而使ｉ／ｎ界面附近电场强度下降以至出现小于ｌ×　ｌ０４Ｖ／ｃｍ准中性区（低场　死层”），低场　死层”降低　ａ—ｓｉ：Ｈ太阳能电池对光生载流子收集，使电池性　能随着光照射而衰退．本文继续应用计算机数值模　拟方法分析ａ—ＳｉＣ／ｃ—Ｓｉ异质结结构太阳能电池的稳　定性，用Ⅳ　来表示在光照射下ａ—Ｓｉ：Ｈ（和ａ—ＳｉＣ：　Ｈ）中由于空穴俘获正空间电荷密度的增加量，取Ⅳ　：ｌ×１０　ｃｍ　Ｊ，于是被光照射过的ａ　ＳｉＣ／ｃ—Ｓｉ　生载流子要依靠其膜内高电场（≥１×１０‘ｖ／ｃｍ）驱　使才被电极所收集而形成光生电流，有关非晶薄膜　内电场强度分析对于其太阳能电池应用至关重要，　这也是我们工作的出发点．但从图４中曲线　看到，　Ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）膜内０．０３５～０．０４５ｂｔｍ区域有小于１　×１０‘Ｖ／ｃｍ的准中性区（低场　死层”）．如－ｒ一　０．０３５、０．０４５￣ｍ，强度分别为１．９９×１０　Ｖ／ｃｍ和　８．２９×１０　Ｖ／ｃｍ．低场区的出现不利于光生载流子　传输与收集，但若把Ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）膜厚减薄至　０．０４　ｍ，则如图４中曲线ｂ所示，膜内低场区几乎　消失，仅在　一０．０１ｇｍ处，强度为２．５９×１０。Ｖ／ｃｍ，　因此，Ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）膜越薄，光生载流子的传输与　收集就越容易．　异质结太阳能电池空间电荷效应也应用方程（１）来模　拟，但此时空间电荷密度Ｐｂ）应取以下形式　Ｐ（　）一ｑ［Ｎ　＋声（　）一　（　）＋Ⅳ吉（ｎｅｔ）（　）　＋声　（　）一　（　）］　ｃ—ｓｉ没有Ｓｔｅｂｌｅｒ—Ｗｒｏｎｓｋｉ效应，Ｎ　一０．　３结果与讨论　３．１　ｐ．（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）／ｎ（ｃ—Ｓｉ）异质绩中ａ－ＳｉＣ：Ｈ膜　厚设计　图３是理论计算的Ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）Ｏ．０８￣ｍ／ｎ　（ｃ—Ｓｉ）异质结太阳能电池能带图（取电池Ｏ～Ｏ．２ｖｔｍ　区域）．异质结位于０．０８ｇｉｎ处，能带不连续，价带顶　有跳变，而且在靠近表面（ｚ：ｏ）区域能带向下弯　曲．　图４　ａ—ＳＩＣ／ｃ—Ｓｉ异质结太阳能电｝蠹电场强度分布（取　电池Ｏ～０．２　ｍ区域）口：Ｐ　（ａ—ＳｉＣ－Ｈ）０．０８ｒ￣ｍ／ｎ（ｃ　Ｅｃ　Ｓｉ）；ｂ：Ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）０　０４ｔｔｍ／ｒｔ（ｃ　Ｓｉ）　Ｆｉｇ．４　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｆｉｅｌｄ　ｐｒｏｆｉｌｅｓ　ｍ　ａ—ＳｉＣ／ｃ—Ｓｉ　ｈｅｒ—　ＥＦ　ｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌ　＝０～０．２ｆｉｅ）ｄ：Ｐ　（ａ—ｒ　ＳｉＣ；Ｈ）０．ｏＳ￣ｍ／ｎ（ｃ—Ｓｉ）：ｂ：Ｐ一（ａ—ＳｉＣ，Ｈ）　０．０４／￣ｍ／ｎ（ｃ—Ｓｉ）　０　０．０５　ｎ１０　ｚｔ　ｍ　０＇１５咀２０　特别值得注意的是，如图４所示，在靠近表面　图３　Ｐ　（ａ—ＳｉＣ－Ｈ）０．０８ｔ￣ｍ／ｎ（ｃ—Ｓｉ）异质结太阳能电　池能带图（取电｝蠹０～Ｏ　２　ｍ区域）　Ｆｉｇ．３　Ｂａｎｄ　ｄｉａｇｒａｍ。ｆ　Ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）０．０８￣ｍ／　（　一０）区域内存在反电场，如Ｐ一（ａ—ＳｉＣ　Ｈ）　０．０８ｖｔｍ／ｎ（ｃ　Ｓｉ）异质结，　＝０、０．０１、０．０３　ｍ，电场　强度分别为＋３．４３×１０　＋１．４４×ｌＯ‘、＋４．５２×　１０Ｖ／ｃｍ，反电场区域（Ｏ～０．Ｏ３　ｍ）是膜厚的３／８，　而Ｐ　（ａ－ＳｉＣ：Ｈ）Ｏ．０４￣ｍ／ｎ（ｃ—Ｓｉ）异质结，ｚ—Ｏ、　０．００５￣ｍ，反电场强度＋２．３３×ｌ　Ｔ１．０２×１０。，反　ｎ（ｃ—Ｓｉ）ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｌｏｎ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌ（ｘ＝０～０．２ｆｆｍ）　图４中的曲线４是Ｐ　（ａ—ＳｉＣ　Ｈ）０．０８ｖｚｎ／ｎ（ｃ—　Ｓｉ）异质结的电场强度分布（取电池０～０．２ｖｔｍ区　维普资讯 http://www.cqvip.com

５期　林鸿生等：　ａ—ＳｉＣ／ｅ—ｓｉ异质结太阳能电池设计分析　４９５　电场强度数值减少，区域范围也减小为０～　０．００５ｂ￣ｍ，仅是膜厚的１／８．反电场区域的能带向下　弯曲，如图３．反电场将阻挡电扳对光生空穴的收　集，但如刚才所揭示的，Ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）膜愈薄，不仅　膜内小于ｌ×１０４Ｖ／ｃｍ的低场区愈窄，强度愈大，而　且反电场区域宽度和强度也愈小，Ｐ一（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）膜　薄还使载流子扩散运动变得重要，这样光生空穴在　图６中曲线ｎ是Ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）薄膜掺杂为Ⅳ　ｌ×１０”ｃｍ　的Ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）０．０８／￣ｍ／ｎ（ｃ—Ｓｉ）异　质结的电场强度分布（取电池０～０．２　ｍ区域），曲　线ｂ是Ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）薄膜中Ｎ＾一５×１０”ｃｍ＿”掺　杂的Ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）０．０８￣ｍ／ｎ（ｃ—Ｓｉ）异质结的电场　强度分布．ｚ一０．０８ｖｍ交界面上，两种电池电场强　度都最大，但Ｎ　一ｌ×１０”ｃｍ　掺杂的强度减弱为　５．９７ｘ１０　Ｖ／ｃｍ．有意思的是，这时靠近表面的反电　接近表面时除了高电场下漂移运动的惯性外还能借　助扩散运动来冲破反电场到达收集电极，这时由于　场区域消失（在靠近表面（ｚ＝０）区域，能带向上弯　光生载流子的有效收集，增大了电池的短路电流，而　且厚度尽可能薄的Ｐ　（ａ—ＳｉＣ；Ｈ）薄膜还能减少人　射光及光生载流子在Ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）层损失，于是薄　的Ｐ　（ａ—ＳｉＣ　ｔ　Ｈ）薄膜设计将能提高电池的能量转　换效率，如文献［３］实验制作Ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）５ｎｍ／ｎ　（ｃ—Ｓｉ）异质结太阳能电池，获得了８．６　的能量转换　效率．不过太薄的Ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）膜与ｃ—ｓｉ所形成的　是浅异质结，受界面影响较大，异质结特性不易做　好．　３．２　Ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）／ｎ（ｅ—Ｓｉ）异质结中ａ—ＳｉＣ：Ｈ薄　膜的ｐ型杂质浓度选择　如果降低Ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）薄膜掺杂，取Ｎ＾一１×　１０　ｃｍ一，计算的Ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）０．０８ｂ￣ｍ／ｎ（ｃ　Ｓｉ）异　质结太阳能电池能带如图５所示（取电池０～０．２　ｍ　区域）．异质结位于０，０８　ｍ处，能带不连续，价带顶　有跳变，在靠近表面（－Ｔ—ｏ）区域能带不是向下而是　向上弯曲．　ｃ　０　０．０５　ｎ１０　ｎ１５　０－２０　圉５　ｐ　（ａ—ＳｉＣ　ｔ　Ｈ）０．０８，ｕｍ／ｎ（ｃ　Ｓｔ）异质结太阳能电　ｉ电锟带图（取电袍０～０　２脚区域）其中Ｐ一（ａ　ＳｉＣ：　Ｈ）薄膜掺杂ＮＡ＝１×１０１　ｃｍ一　Ｆｉｇ．５　Ｂａｎｄ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　Ｐ　（ａ—ＳｉＣ｛Ｈ）０—０８￣ｍ／　ａ（ｃ—Ｓｉ）ｈｅｔｅｒｏｉｕｎｅｔｌｏｎ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌ（　—Ｏ～０．２ｖｍ）　Ｎ＾一ｌ×ｌ０　ｃｍ　ｉ１３．Ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）ｆｉｌｍ　曲，见图５），而且电池的大部分非晶薄膜中电场强　度变大，最小值是　一０．０２５／￣ｍ强度为１．９３×　１０‘Ｖ／ｃｍ，没有小于１×１０　Ｖ／ｃｍ的低场区，所以，　降低Ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）／ｎ（ｃ—Ｓｉ）异质结太阳能电池中　Ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）薄膜Ｐ型掺杂有利于光生载流子传　输与收集．但为了增加电池内电势和减小串联电阻，　ａ—ＳｉＣ：Ｈ薄膜掺杂浓度要适当调高，伴随高掺杂出　现的小于ｌ×１０　Ｖ／ｅｒａ低场区和靠近表面反电场区　域，如上面所分析，随羲ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）膜厚进一步　减薄，对光生载流子传输与收集的影响愈来愈不重　要，所以ａ—ＳｉＣ／ｃ—Ｓｉ异质结太阳能电池设计中都选　择薄的重掺杂Ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）薄膜．　夺～～　－。　－０ｔ｝　Ｉ　，ｕⅡ‘　图６　ｐ　（ａ—ＳｉＣ—Ｈ）０．０８，ｕｍ／ｎ（ｃ—Ｓｉ）异质结太阳曲　电植电场强度分布（取电拖０～０．２　ｍ区域４：ｐ＿　（ａ－ＳｉＣｌ　Ｈ）中Ｎ＾＝１Ｘ１０～ｃｍ，，６：ｐ　（ａ　ｓｉｃ：Ｈ）　ＮＡ＝５×１０　ｃｍ　Ｆｉｇ．６　Ｅｌｅｃｒｄｅ　ｆｉｅｌｄ　ｐｒｏｆｉｌｅｓ　ｉｎ　ｐ　（ａ　ＳｉＣ：Ｈ）　０．０８￣ｍ／ｎ（ｃ—Ｓｉ）ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌＩ（ｚ＝　０～０．２ｔ￣ｍ）ｄ：ⅣＡ—ｌ×１０　ｃＩⅡ一。ａｎｄ　：Ｎ＾一　５×１０～ｃｍ。ｉｎ　ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）ｆｉｌｍ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅ—　ＩＹ　３．３　ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）／ｎ（ｃ—Ｓｉ）异质结中嵌入ｊ（ａ—　Ｓｉ：Ｈ）缓冲薄层的作用　现在把Ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）０．０５￣ｍ／ｎ（ｃ—Ｓｉ）异质结　维普资讯 http://www.cqvip.com

４９６　半导体学报　２３卷　嵌入０．０３￣．ｍ　ｉ（ａ—Ｓｉ：Ｈ）薄膜设计成ＨＩＴ结构　×１０　减小到３．３４×１０‘Ｖ／ｃｍ，所以嵌入的ａ—Ｓｉ：Ｈ　缓冲薄层虽然增加电池的串联电阻损失，但它带来　的双异质结对电场调制的结果却与上述减薄ａ　ＳｉＣ　：Ｈ膜厚的一样，起到了增强光生载流子有效收集　和增大电池短路电流的作用．而且嵌入的ｉ（ａ—Ｓｉ：　Ｈ）薄层不但缓解上述浅异质结制造的困难，还把重　Ｐ　（ａ—ＳｉＣ；Ｈ）０．０５￣ｍ／ｉ（ａ—Ｓｉ：Ｈ）０．０３￣．ｍ／ｎ　（ｃ　Ｓｉ）异质结太阳能电池，其能带图（取电池０～　０．２　ｍ区域）如图７所示，Ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）／ｉ（ａ　Ｓｉ：　Ｈ）异质结位于０．０５￣．ｍ处，ｉ（ａ—ｓｉ：Ｈ）／ｎ（ｃ—Ｓｉ）异质　结于０．０８　ｍ处，能带不连续，价带顶有跳变，在靠　近表面（ｚ＝０）区域能带向下弯曲．　掺杂Ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）的高隙态密度对异质结面附近　载流子复合的影响隔开来，钝化ａ—ＳｉＣ／ｃ　Ｓｉ异质结，　改善电池的光生伏特效应．应用Ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）／ｎ　（ｃ—Ｓｉ）异质结嵌入ｉ（ａ—ｓｉ：Ｈ）缓冲薄层设计，与未　３３　ｊ　、－－－．－．．．．．……一…．．．．．＿……．．．．－Ｆ　　嵌入ａ—ｓｉ：Ｈ薄层相比，反向暗电流减少２个数量　级，电池短路电流增大达２９ｍＡ／ｃｍ　，电池能量转换　率从８．６　提高到１２．６　口］．　－５　……“｝＝＝：＝＝：：＝＝＝、·＝＝＝＝　＝　“．：：．．：：“…一　．：：：：　０　０．０５　ｍ１０　ｚｔｔｔｍ　ｍ１５　０２０　图７　ｐ十（ａ　ＳｉＣ　ｌ　Ｈ）０　０５ｔｔｍ／ｉ（ａ—Ｓｉ｜Ｈ）０．０３￣ｍ／ｎ　（ｃ—ｓｉ）异质结太阳能电油能带图（取电池０～０．２ｔｔｍ区　域）　Ｆｉｇ．７　Ｂａｎｄ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　Ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）　０．０５＃ｍ５（ａ－Ｓｉ｜Ｈ）０．０３Ｄｍ／ｎ（ｃ—Ｓｉ）ｈｅｔｅｒｏ—　Ｊｕｎｃｔｉｏｎ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌ（ｚ＝Ｏ～Ｏ．２　ｍ）　计算Ｐ　（ａ　ＳｉＣ：Ｈ）０．０５￣ｍ／ｉ（ａ—Ｓｉ：Ｈ）　困８　ａ　ＳｉＣ／ｃ—Ｓｉ异质结太阳能电池电场强度分布　（取电池０～０．２　ｒⅡ区域）　口：ｐ一（Ｂ—ＳｉＣ－Ｈ）　０．０５ｐｒｏ￣ｉ（　Ｓｉ　Ｈ）０．０３ｔ￣ｍ／ｎ（ｅ　Ｓｉ）·６：Ｐ　（ａ—ＳｉＣ｜　Ｈ１　ｍ　０８￣ｍ／ｎ（ｃ—Ｓｉ）　０．０３￣ｍ／ｎ（ｃ—ｓｉ）异质结太阳能电池电场强度分布，　如图８中曲线４所示（取０～０．２　ｍ电池区域）．这　时沉积在ｃ—ｓｉ上非晶薄膜总厚度即Ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）　和ｉ（ａ—Ｓｉ　ｔ　Ｈ）厚度之和是０．０８，ｕｍ，图８中曲线６是　把０．０８，ｕｍ厚的Ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）与ｎ（ｃ　Ｓｉ）形成的异　Ｆｉｇ．８　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｆｉｅｌｄ　ｐｒｏｆｉｌｅｓ　ｉｎ　ａ－ＳｉＣ／ｃ—ｓｉ　ｈｅｔ—　ｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌ　０　０　２　ｍ）　ｎ：Ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）０．０５＃ｍ／ｉ（ａ—Ｓｉ：Ｈ）０．０３￣ｍ／ｎ（ｃ　Ｓｉ）；６：Ｐ　（ａ　ＳｉＣ；Ｈ）０．０８９ｍ／ｎ（ｃ　Ｓｉ）　质结电场强度分布．比较它们的电场强度分布，发现　嵌入０．０３　ｍ　ｉ（ａ—ｓｉ：Ｈ）薄膜后异质结非晶薄膜中　最大电场强度由ｚ＝０．０８ｐｒｏ向表面移动到ｚ＝　０．０５５￣ｍ处，强度减小为７．７８×１０　Ｖ／ｃｍ，但电池　３．４　ｎ—ＳｉＣ／ｃ—Ｓｉ异质结太阳能电池的穗定性　重画Ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）０．０５￣．ｍ／ｉ（ａ—Ｓｉ：Ｈ）　的非晶薄膜中大于１×１０　Ｖ／ｃｍ高场区域则由０．０５　０．０３￣．ｍ／ｎ（ｃ—Ｓｉ）异质结电场强度，如图９中曲线４．　０．０８　ｍ扩大到０．０３～０．０８　ｍ，大部分高场区的　在高强度光照射下（Ⅳ　＝５×１０“ｃｍ　），如前所述，　计算该异质结太阳能电池的电场强度分布，如图９　中曲线ｂ所示．图９中曲线４与ｂ相差无几，只是光　照射使小于１×１０‘Ｖ／ｃｍ的低场区强度稍变大；反　电场强度稍减弱，即光照射反能稍增强非晶薄膜中　光生载流子的传输和收集，而光照射又不引起ｃ—ｓｉ　中光生载流子输运的改变，所以没有发生电池性能　因光辐射而退化，　ＳｉＣ／ｃ—Ｓｉ异质结结构太阳能电　强度也都增高，见图８．与此同时，其小于１×１０‘ｖ／　ｃｍ的低场区也移向表面，区域宽度由０．０３５～　０．０４５￣ｕｍ减小为０．０２５～０．０３　ｍ，电场强度则增　大，未嵌入ａ—ｓｉ：Ｈ薄层时，最低是ｚ＝０．０３５￣ｕｍ，强　度１．９９×１０　Ｖ／ｃｉｎ，嵌入ａ—ｓｉ：Ｈ薄层后，最低是ｚ　０．０２５￣ｍ，强度为３．６２×１０。Ｖ／ｃｍ；而反电场区域　宽度从未嵌入ａ　ｓｉ：Ｈ薄层的０～０．０３　ｍ缩为０～　０．０２￣．ｍ，电场强度也减弱，如表面　＝０处，从３．４３　池具有较高的光稳定性．　维普资讯 http://www.cqvip.com

５期　林鸿生菩：ａ　ＳｉＣ／ｃ—Ｓｉ异质结太阳能电池设计分析　￡，ｕ皿　圈９　Ｐ　（Ⅱ一ＳｉＣ‘Ｈ）０　０５￣ｍ／ｉ（ａ　Ｓｉ　Ｈ）０·０３￣ｍ／ｎ　（ｃ—ｓ【）异质结太阳柏电弛光辐厢前后电场强度分布　（取电池Ｏ～０．２　ｍ区域）口：光辐照前ｆ６：光辐照后　Ｆｉｇ．９　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｆｉｅｌｄ　ｐｒｏｔｉｌｅｓ　ｉｎ　Ｐ一　一ＳｉＣ：Ｈ）　０．０５ｐｒａ／ｉ（ａ—Ｓｉ：Ｈ）０．０３￣ｍ／ｎ（ｃ　Ｓｉ）ｈｅｔｅｒｏ　ｊｕｎｃｔｉｏｎ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌ（　一０～０．２ｐａｎ）ｂｅｆｏｒｅ　ｃｕｒｖｅ　ａｎｄ　ａｆｔｅｒ　ｃｕｒ￣ｅ　ｂ　ｐｒｏｌｏｎｇｅｄ　ｌｉｇｈｔ　ｓｏａｋ　ｉｎｇ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ　４小结　以上我们应用数值方法对两种结构非晶（薄　膜）晶态硅异质结太阳能电池——Ｐ　（ａ　ＳｉＣ：Ｈ）／　ｎ（ｃ—Ｓｉ）和嵌入本征（ａ—Ｓｉ：Ｈ）缓冲层Ｐ　（ａ　ＳｉＣ：　Ｈ）／ｉ（ａ　Ｓｉ：Ｈ）／ｎ（ｃ—Ｓｉ）中的电场强度分布和能带　图进行分析和研究，现在总结如下：　（１）减薄Ｐ一（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）／ｎ（ｃ—Ｓｉ）异质结的ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）薄膜厚度，能使非晶薄膜中高场区域扩　大强度增大，而小于１×１０　Ｖ／ｃｍ准中性区（低场　“死层”）的强度也增大，范围却缩小以至消失；同时　靠近表面的反电场区域的宽度及强度都减小，这些　都将增强电池中光生载流子的传输与收集，提高太　阳能电池的性能．这个模拟计算也解释了非晶（薄　膜）一晶态硅异质结太阳能电池制造中为什么采用极　薄非晶薄膜设计．　（２）降低Ｐ　（ａ　ＳｉＣ：Ｈ）／ｎ（ｃ　Ｓｉ）异质结中Ｐ一　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）薄膜的Ｐ型掺杂，能使靠近表面的反电　场区域消失，非晶薄膜中不出现小于１×１０４Ｖ／ｃｍ　低场区，有利于电池光生载流子收集．但重掺杂的　ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）薄膜能增加电池内电势和减少串联　电阻，而有效增强光生载流子收集，如（１）所述，可依　靠减薄Ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）薄膜厚度来实现，所以Ｐ　（ａ—　ＳｉＣ：Ｈ）／ｎ（ｃ　Ｓｉ）异质结太阳能电池制造中采用极　薄重掺杂Ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）薄膜设计；　（３）在Ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）／ｎ（ｃ—Ｓｉ）异质结中嵌入ｉ　（ａ—Ｓｉ：Ｈ）设计成ＨＩＴ结构——Ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）／ｉ　（ａ　ｓｉ：Ｈ）／ｎ（ｃ　Ｓｉ）异质结太阳能电池，比较非晶薄　膜总厚度相等的这两种结构电池模拟计算发现，嵌　入本征（ａ—Ｓｉ：Ｈ）薄膜带来的电场调制效果与在Ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）／ｎ（ｃ—Ｓｉ）异质结中减薄Ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）　薄膜厚度的结果类同，同样将起到增强电池中光生　载流子的有效收集和增大电池短路电流的作用｝　（４）高强度光照射下模拟计算表明，光照前后　ｐ　（ａ—ＳｉＣ：Ｈ）／ｉ（ａ—Ｓｉ：Ｈ）／ｎ（ｃ　Ｓｉ）异质结太阳能　电池的电场强度分布变化无几．因而光照射不影响　电池中光生载流子的传输与收集，不会发生电池性　能固光照而衰退，ａ—ＳｉＣ／ｃ—Ｓｉ异质结太阳能电池具　有较高的光稳定性．　参考文献　［１］Ｂｏｒｃｇｅｒｔ　Ｄ，Ｇｒａｂｏｓｃｈ　Ｇ，Ｆａｈｒｎｅｒ　Ｗ　Ｒ，Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｏｆ（Ⅱ）Ⅱ一　ｓｉ：Ｈ／（ｐ）ｃ—Ｓｉ　ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ　ｓｏｔａｒ　ｃｅｌｌｓ　Ｓｏ　Ｌ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｍａｔｅｒ　ａｎｄ　Ｓｏｌ　Ｃｅｌｌｓ，１９９７，４９１５３　［２：Ｖａｎ　ＣｌｅｅｆＭＷＭ，Ｒａｔｈ　Ｊ　Ｋ．Ｒｕｂｉｎｅｌｌｌ　ＦＡ，ｅｔ　ａｌ，Ｐｅｒｆｏｒ　ｍａ￣ｃｅ　ｏｆ　ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ　Ｐ　ｍｌｃｒｏｅｒｙｓｔａ［１ｉｎｅ　ｓｉｔｉｃｏｎ　ｉａ　ｃｒｙｅ　ｔａｌｌｉｎｅ　ｓｉｌｉｃｏｎ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌｓ．Ｊ　Ａｐｐｌ　Ｐｈｙｓ，１９９７、８２：６０８９　［３］Ｐａｔｔａｒｅｓ　Ｊ，Ｓｅｈｒｏｐｐ　Ｒ　Ｅ　ｌ　Ｒｏｌｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｕｆｆｅｒ　Ｌａｙｅｒ　ｉｎ　ｔｈｅ　ａｃ　ｔｉｒｅ　Ｊｕｎｃｔｉｏｎ　ｉｎ　ａｍｏｒｐｈｏｕｓ—ｃｒｙｓｔａｔｔｉａｅ　ｓｉｌｉｃｏｎ　ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｅｔｉｏｎ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌｓ．Ｊ　Ａｐｐ｜Ｐｈｙｓ，２０００，８８（１）：２９３　［４］Ｎｅｂｅｔ　ｃ　Ｅ，Ｓｔｒｅｅｔ　Ｒ　Ａ．Ｈａ　Ｌ　Ｌ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎ　ｉｎ　ａ　Ｓｉ　ｉ　Ｈ、ａ　ＳｉＣ　ｔ　Ｈ，Ｊ　Ｎｏｎ—Ｃｒｙｓｔ　ＳＯｌｉｄｓ，１９ｇ３，１６４／１６６ｊ　４４９　［５］Ｘｕ　ｘ．Ｏｋｕｍｕｒａ　Ａ．Ｍｏｒｉｍｏｔｏ　Ａ，ｅｔ　ａ１．Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ　ｉｎｄｕｃｅｄ　ｍｅｔａｓｔａｂｌｅ　ｄｅｆｅｃｔｓ　ｉｎ　ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｅｄ　ａｍｏｒｐｈｏｕｓ　ｓｉｌｉｃｏｎ　ａｎｄ　ｓｉｔ　ｉｃｏｎ　ｃａｒｂｏｎ　ａｌ　Ｌｏｙ　ｆｉｌｍｓ．Ｐｈｙｓ　Ｒｅｖ　Ｂ，１９８８．３８：８３７ｌ　［６］ＭｃＥｔｈｅｎｙ　Ｐ　Ｊ，Ａｒｃｈ　Ｊ　Ｋ，Ｌｉｎ　Ｈｏｒ￣ｔｓｈｅｎｇ，ｅｔ　ａ１．Ｒａｎｇｅ　ｏｆ　ｖａ一　［ｉｄｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓ．ａｒｆａｃｅ—ｐｈｏｔｏｖｏ［ｔａｇｅ　ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ　ｌｅｎｇｔｈ　ｍｅａｓｕｒｅ　Ⅲｔ：ａ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｓｉｍｕｔａｔｉｏｎ．ＪＡｐｐｌ　Ｐｈｙｓ，１９８８．６４（３）：１２５４　７］Ｌｉｎ　Ｈｏｎｇｓｈｅｎｇ．Ｔｈｅ　ｓｐａｃｅ　ｃｈ￣＇ｇｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｉｎ　ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｅｄ　ａｍｏｒｐｈｏｕｓ　ｓｌｌｉｃｏｎ　Ｂ—Ｓｉ　Ｉ　Ｈ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌＩ—ａ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｓｉｍｕ］ａ．　ｔｉｏｎ［ｏｒ　Ｌｉｇｈｔ—ｉｎｄｕｃｅｄ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ．Ａｃｔｓ　Ｅｎｅｒｇｉａｅ　ｏＳｔａｒｉｓ　Ｓｉｎｉｃａ，１　９９４．１５（２）：１６７（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）［林鸿生．ＰＩＮ型　非晶硅太阳柏电池中的空间电荷教应——太阳舶电池光致性　能衰退的计算机模拟．太阳能学报，１９９４，１５（２）：１６７３　［８］Ｈｅｇｅｄｕｓ　Ｓ，Ｌｉｎ　Ｈｏｎｇｓｈｅｎｇ，Ｍｏｏｒｅ　Ａ．Ｌｉｇｈｔ—ｉｎｄｕｃｅｄ　ｄｅｇｒａｄａ　ｔｌｏｎ　ｉｎ　ｕｎｄｏｐｅｄ　ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｅｄ　ａｍｏｒｐｈｏｕｓ　ｓｉ　Ｌｉｃｏｎ　ｆｉｌｍｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｐｈｏｔｏｖｏｉｔａｇｅＩａ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　ｌｉｆｅｔｉｍｅ￣ｒｓｕｓ　ｓｐａｃｅ　ｃｈａｒｇｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ．Ｊ　Ａｐｐｌ　Ｐｈｙｓ．１９８８，６４（３）｛１２１２５　［９］Ｃａｒ　ＬｓｏｎＤＥ．ＳＯ　Ｌａｒ　ｃｅ】Ｌｓ．Ｉｎ｛Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ　ａｎｄ　Ｓｅｍｉｍｅｔａｌｓ，　ｅｄｉｔｅｄ　ｂｙ　Ｐａｎｋｏｖｅ　Ｊ　Ｉ，Ｐａｒｔ　Ｄ．Ｆ１￣ｒｉｄａ：Ａｃａｄｅｍｉｃ　Ｐｔｅｓｓ［ｎｅ，　１９８４：２５　［１Ｏ］　Ｍｏｏｒｅ　Ａ，ｕｎ　Ｈｏｎｇｓｈｅｎｇ．１ｍｐｒｏ￣ｍｅｎｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｐｈｏｔｏ—　ｔ　ｇｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｒ￣ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ　ｌｅｎｇｔｈ　ｉｎ　ｔｈｉｎ　ｆｉｌｍ　ｏｆ　ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｅｄ　ａｍｏｒｐｈｏｕｓ　ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｊ　Ａｐｐ［Ｐｈｙｓ，１　９８７．６１　（１０）：４８１６　维普资讯 http://www.cqvip.com

４９８　半导体学报　２３卷　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｆｏｒ　ａ—ＳｉＣ／ｃ—Ｓｉ　ＨｅｔｅｒｏｊｕⅡｃｔｉｏｎ　Ｓｏｌａｒ　Ｃｅｌｌｓ　Ｌｉｎ　Ｈｏｎｇｓｈｅｎｇ，Ｄｕａｎ　Ｋａｉｍｉｎ　ａｎｄ　Ｍａ　Ｌｅｉ　（Ｄｅｐａｒｔｍ￣ｔ　ｏｆ　Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｕ…ｒ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆ　ｏＣｈｉｎａ，Ｈｅｆｅｉ　２３００２６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ±Ａ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ａ—ＳｉＣ／ｃ—Ｓｉ　ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｅｔｉｏｎ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌｓ　ａｔ　ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ　ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ　ｕｓｉｎｇ　ａ　Ｓｃｈａｒｆｅｔ—　ｔｅｒ—Ｇａｍｉｎｅ１　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｐｏｍｓｏｎｓ　ｅｑｕａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｔｈｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｂａｎｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｆｉｅｌｄ　ｉｎ　ａ—ＳｉＣ／ｃ—　Ｓｉ　ｈｅｔｅｒ０ｊｕｒｍｔｉｏｎ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ．Ｆｒｏｍ　ｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅ　ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　ｏｆ　ｐｈｏｔｏ￣ｅｎｅｒａｔｅｄ　ｃａｒｒｉｅｒｓ　ａｒｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｅｆ—　ｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎｓ　ｏｆ　ｔｈｉｎｎｅｒ　Ｐ　（ａ－ＳｉＣ：Ｈ）ｌａｙｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｎ　ｉ（ａ—Ｓｉ｝Ｈ）ｂｕｆｆｅｒ　ｔｈｉｎ　ｌａｙｅｒ　ｉｎｔｏ　ｔｈｅ　ｈｅｔｅｒｏ－　ｊｕｎｃｔｉｏｎ．Ｓｕｃｈ　ａ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｌｓｏ　ｉｍｐｒｏｖｅｓ　ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ　ｏｆ　ａ—ＳｉＣ／ｃ—Ｓｉ　ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌｓ．Ｉｎ　ｃａｓｅ　ｏｆ　ｐｒｏｌｏｎｇｅｄ　ｌｉｇｈｔ　ｓｏａｋ—　ｉｎｇ．ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ａ—ＳｉＣ／ｃ—Ｓｉ　ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌ　ｐｏｓｓｅｓｓｅｓ　ｈｉｇｈ　ｌｉｇｈｔ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌｌ　４　Ｎｅｗｔｏｎ—Ｒａｐｈｓｏｎ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ｝ｄｅｎｓｉｔｙ　ｏｆ　ｓｔａｔｅｓ　ｉｎ　ａ—ＳｉＣ：Ｈ　４　ｃａｒｒｉｅｒ　ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ　ＰＡＣＣ｝８６３ｏｊ｝０２６０Ｉ　７１２５Ｍ　Ａｒｔｉｃｌｅ　ＩＤ：０２５３—４１７７（２００２）０５—０４９２—０７　＊Ｐｒｏ１ｅｃｔ　ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ　ｂｙ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　０ｆ　Ｃｈｉｎａ（Ｎｏ．６９８７６０２４）　Ｌｉｎ　Ｈｏｎｇｓｈｅｎｇ　ｒｍｌｅ，ｗａｓ　ｈｏｒｎ　ｉｎ　１９３９，ｐｒｏｆｅｓｓｏｒ．Ｈ　ｃｕｒ￣ｎｔ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｉｎｔｅｒｅｓｔｓ　ｆ…ｏｎ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｈⅡｒＢｎｅｒ　ｔ；ｔ８　ｏｆ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ｓｏｌａｒ　ｃｅｌ１．　Ｍａ　Ｌｅｉ　ｉｌｌ￣ｌｅ，ｗａｓ　ｂｏｒｎｉｎ１９７７．Ｃｕｒｒｅｍｌｙ　ｒｈｅｉｓ　ａ　ＰｈＤ　ｃａｎｄｉｄａｔｅｉｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＮｏｒｔｈＣａｒｏｌｉｎａ，Ｕ．Ｓ．Ａ．　Ｒｅｃｅｉｖｅｄ　１２　Ｊｕｌｙ　２００１，ｒｅ，Ａｓｅｄ　ｍａｎｕｓｃｒｉｐｔ　ｒｅｃｅｉｖｅｄ　２３　Ｎｏｖｅｍｂｅｒ　２００１　＠２００２　Ｔｈｅ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｉｍｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ