Simulation Study of Metal-semiconductor Back Contact p-c-Si/Al on Silicon Heterojunction Solar Cells

Abstract

Кремнієвий сонячний елемент з HIT (гетероперехід з власним тонким шаром) має великий потенціал для поліпшення фотоелектричної ефективності та зменшення витрат завдяки технології низькотемпературного осадження гідрогенізованого аморфного кремнію a-Si:H у поєднанні з високою стабільною ефективністю кристалічного кремнію c-Si. Щоб отримати чітке уявлення про загальне функціонування сонячного елемента з HIT, ми дослідили перехід напівпровідник-метал на тиловому контакті сонячного елемента c-Si p-типу з HIT: оксид індію та олова (ITO)/гідрогенізований nлегований аморфний кремній (n-a-Si:H)/гідрогенізований поліморфний кремній з власною провідністю (i-pm-Si:H)/p-легований кристалічний кремній (p-c-Si)/алюміній (Al). Використовуючи комп'ютерне моделювання, ми виявили, що на відміну від переходу ITO/n-a-Si:H на фронтальних сонячних елементах з HIT, який не залежить від висоти бар'єру фронтального контакту øb0, збільшення висоти бар'єру тилового контакту øbL призводить до вигину вгору валентної смуги в цьому типі елементів, що усуває бар'єр для дірок і робить більше фотогенерованих дірок здатними переходити від активного шару (p-легований ристалічний кремній p-c-Si) до металу (алюміній). Збільшення електричного поля за рахунок зміни вигину поверхневої смуги на переході p-c-Si/Al спричиняє збільшення VOC, що призводить до збільшення ефективності сонячних елементів з 17,21 % до 17,38 %. Вибір металу з високою роботою виходу, як паладій, хром або рутеній, може бути найкращим вибором як тилового контакту для цього типу сонячних елементів.

The silicon HIT (heterojunction with intrinsic thin layer) solar cell has great potential to improve photovoltaic efficiency and reduce costs because of the low temperature deposition technology of hydrogenated amorphous silicon a-Si:H combined with the high stable efficiency of crystalline silicon c-Si. To gain insight into the general functioning of the HIT solar cell, we have studied in this article the semiconductor-metal junction at the back contact of HIT p-type c-Si solar cell: (indium tin oxide (ITO)/hydrogenated n-doped amorphous silicon (n-a-Si:H)/hydrogenated intrinsic polymorphous silicon (i-pm-Si:H)/p-doped crystalline silicon (p-c-Si)/aluminum (Al)). Using computer modeling, we have found that unlike the junction on ITO/ n-a-Si:H on the front HIT solar cells which does not depend on the front contact barrier height øb0, an increase in the back contact barrier height øbL leads to an upward band bending in the valence band in this type of cell which eliminates the barrier for holes and makes more photogenerated holes able to pass from the active layer (p-doped crystalline silicon p-c-Si) to the metal (aluminium). The increase in the electric field by changing the surface band bending at the junction p-c-Si/Al causes an increase in VOC which leads to an increase in the solar cell efficiency from 17.21 % to 17.38 %. Choosing metal with high work function like palladium, chrome or ruthenium, could be the best choice as a back contact for this type of solar cell.