Comparative Study of the Influence of µc-Si:H, a-Si:H, pm-Si:H and µc-SiOx as a Passivation Layer on the Performance of HIT n-c-Si Solar Cells

Abstract

Одним з найважливіших факторів, які обмежують продуктивність сонячних елементів c-Si на основі гетеропереходу з внутрішнім тонким шаром (HIT), є густина дефектів на поверхні кристалічного кремнію. Чисельне моделювання було використано для вибору найбільш ефективного матеріалу як пасивуючого шару в сонячному елементі HIT c-Si. Для дослідження ми вибрали такі матеріали: гідрогенізований мікрокристалічний кремній µc-Si:H (Egi-µc-Si:H = 1,40 eV), гідрогенізований аморфний кремній a-Si:H (Egi-a-Si:H = 1,84 eV), гідрогенізований поліморфний кремній pm-Si:H (Egi-pm-Si:H = 1,96 eV) і гідрогенізований мікрокристалічний оксид кремнію µc-SiOx:H (Egi-µc-SiOx = 2,5 eV). Результати моделювання показують, що посилення електричного поля на випромінювачі з використанням µc-Si:H та a-Si:H як пасивуючого шару призводить до збільшення ефективності перетворення енергії сонячного елементу HIT c-Si з 25,42 до 26,34 %. Створення потенційного бар'єру для фотогенерованих дірок на переходах i-pm-Si:H/n-c-Si та µc-SiOx/n-c-Si знижує ефективність з 23,87 до 3,10 %. Цей бар'єр перешкоджає проходженню фото-генерованих дірок до емітера, що призводить до збільшення швидкості рекомбінації електронно-діркових пар і, отже, до зниження енергетичної ефективності. З шириною забороненої зони 1,84 еВ гідрогенізований аморфний кремній a-Si:H є найбільш підходящим кандидатом для створення пасивуючого шару на поверхні кристалічного кремнію для цього типу сонячних елементів.

One of the most important factors limiting the performance of Hetereojunction with Intrinsic Thin layer (HIT) c-Si solar cells is the defect density on the surface of crystalline silicon. A numerical modelling has been employed in order to choose the most efficient material as a passivation layer in a HIT c-Si solar cell. We have chosen for this study the following materials: hydrogenated microcrystalline silicon µc-Si:H (Egi-µc-Si:H = 1.40 eV), hydrogenated amorphous silicon a-Si:H (Egi-a-Si:H = 1.84 eV), hydrogenated polymorphous silicon pm-Si:H (Egi-pm-Si:H = 1.96 eV) and hydrogenated microcrystalline silicon oxide µcSiOx:H (Egi-µc-SiOx = 2.5 eV). The simulation results show that the improvement of the electric field at the emitter with the use of µc-Si:H and a-Si:H as a passivation layer makes the power conversion efficiency of the HIT c-Si to increase from 25.42 to 26.34 %. The creation of a potential barrier for photogenerated holes at i-pm-Si:H/n-c-Si and µc-SiOx/n-c-Si junctions drops the efficiency from 23.87 to 3.10 %. This barrier prevents the passage of photogenerated holes towards the emitter which leads to a strong recombination rate of electron-hole pairs and therefore to a decrease in power efficiency. With a band gap of 1.84 eV, hydrogenated amorphous silicon a-Si:H is the most appropriate candidate for the elaboration of a passivation layer on the surface of crystalline silicon for this type of solar cells.