Optimization of the Electrical Parameters of Silicon Heterojunction Solar Cells

Abstract

We used the AFORS-HET simulation program for hetero-junction solar cells modeling to determine how the thickness and material properties of the n-, i-, and p-layers affect the electrical parameters and the device performance. Simulation studies have been carried out on hetero-junction (HJ) amorphous silicon (a-Si)/crystalline silicon (c-Si) solar cells and hetero-junction solar cells with intrinsic thin layer (HIT). The obtained maximum solar energy conversion efficiency is 22.68% for a-Si (n)/a-Si(i)/c-Si(p)/a-Si(p+) solar cells with a back surface field (BSF) contact on a p-type silicon wafer. The open-circuit voltage (VOC) (728.3 mV), short circuit current density (JSC) (37.96 mA•cm-2), and the fill factor (FF) (82.06%) of the solar cells are improved by introducing thin layers of intrinsic and doped amorphous hydrogenated silicon, deposited on crystalline silicon, and by optimizing the thickness of the layers. Potential for achieving conversion efficiencies over 20% and current densities higher than 35 mA•cm-2 are demonstrated.

Program za simulaciju AFORS-HET za modeliranje hetero-spojnih solarnih ćelija upotrebljen je za određivanje uticaja debljine i karakteristika materijala n-, i-, i p-slojeva na električne parametre i karakteristike uređaja. Simulacije su izvođene na hetero-spojnim (HJ) solarnim ćelijama od amorfnog silikona (a-Si)/kristalnog silikona (c-Si) i hetero-spojnim solarnim ćelijama sa intrinsičnim slojem (HIT). Postignuta je maksimalna efikasnost konverzije sunčeve energije od 22.68% za a-Si (n)/a-Si(i)/c-Si(p)/a-Si(p+) solarne ćelije sa zadnjim površinskim (BSF) kontaktom na p-tipu silikonske obloge. Napon otvorenog kola od (VOC) (728.3 mV), gustina struje kratkog kola (JSC) (37.96 mA•cm-2) i faktor punjenja (FF) (82.06%) solarnih ćelija su unapređeni uvođenjem tankih slojeva intrinsičnog i obogaćenog amorfnog hidrogenizovanog silikona, deponovanog na kristalnom silikonu i optimizacijom debljine slojeva. Predstavljen je potencijal za postizanje efikasnosti konverzije veće od 20% i gustine struje veće od 35 mA•cm-2.