Handbook of Photovoltaic Science and Engineering

Figure 8.23
The proposed model of different regions in an
n
-
p
junction built on imperfect mate-
rial. (a) The model of Type I, II, and IV regions, and the relationship among them inside a device.
(b) The junction at the interface of Type I, II, IV region, and Type III region.
J
1
and
J
2
are current
flows discussed in Reference [19]. The distribution of carriers inside the Type III region is not
considered
17.0
16.5
15.5
14.5
13.5
0.1
1
10
Grain size
[
µ
m]
(a)
J
SC
[mA/cm
2
]
100
14.0
15.0
16.0
0.60
0.55
0.50
0.45
0.40
0.35
0.30
0.25
0.1
1
10
Grain size
[
µ
m]
(b)
100
V
OC 
[V]
Figure 8.24
Calculated dependence of (a)
J
SC
; and (b)
V
OC
on the grain size of the 10-
µ
m-thick
cell for two values of interface recombination velocity, 100 cm/s (solid lines) and 1000 cm/s (dot-
ted lines)

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DESIGN CONCEPTS OF TF-SI SOLAR CELLS
341
Table 8.4
The parameters used in calculating the solar cell
characteristics
G
[s
−
1
]
α
[cm
−
1
]
D
[cm
·
s]
Junction
depth
n
-doping
p
-doping
10
18
100
50
0.5
µ
m
10
18
10
17
absorption coefficient.
G
=
α
×
number of photons incident at the surface (photons/unit
area-second).
Calculated
J–V
curves, depicting the influence of grain-boundary recombina-
tion, are shown in Figure 8.25. Figure 8.25(a) is for a 5-
µ
m-grain-size sample, and
Figure 8.25(b) is for a 0.5-
µ
m-grain-size sample. It can be seen that, for larger grain size,
the recombination at the GBs will mainly degrade
V
OC
, and not
J
SC
. From Figures 8.24
and 8.25, it can be seen that the larger the grain size, the better the performance of the
device. However, the interface recombination has a strong influence on each parameter.
For low interface recombination velocity, when grain size is large (
∼
1
µ
m), a decrease
in the grain size will primarily degrade
V
OC
and not
J
SC
. However, for small grain size
(
<
0
.
5
µ
m),
J
SC
will also decrease rapidly with a decrease in grain size. Because inter-
face recombination has a very strong influence on the device performance, passivation
of the GBs is very important for
µ
c-Si thin-film solar cells. Furthermore, it can also be
concluded that, to get a device with satisfactory
J
SC
and
V
OC
, the grain size of a
µ
c-Si
thin solar cell should be several microns.