【正文】 a不會再有好處，特別是在高摻雜濃度下壽命還會減小。 五、摻雜濃度及剖面分布 對 Voc 有明顯的影響的另一因素是摻雜濃度。 在加工過程中，適當而且經(jīng)常進行工藝處理，可以使復合中心移走，因而延長壽命。在間接帶隙半導體材料如 Si中，離結 100um 處也產(chǎn)生相當多的載流子，所以希望它們的壽命能大于 1us。 對于 Si，溫度每增加 1℃， Voc 下降室溫值的 %， Eff 也因而降低約同樣的百 分數(shù)。 影響太陽電池轉(zhuǎn)換效率的因素 一、禁帶亮度 Voc隨 Eg的增大而增大，但另一方面， Jsc隨 Eg的增大而減小。特性好的太陽能電池就是能獲得較大功率輸出的太陽能電池，也就是 Voc， Isc 和 FF乘積較大的電池。 這時， I=0，即： IL=IF。 如光電池與負載電阻連成通路，通過負載的電流應該是： I=IFIL= IS[exp(qV/kT)1]IL () 圖 光電池的伏安特性 根據(jù) pn 結整流方程，在正向偏壓下，通過結的正向電流為： IF=IS[exp(qV/kT)1] () 其中： V 是光生電 壓， IS 是反向飽和電流。如圖 ： 圖 （ a） pn結各電流示意圖 圖 （ b） 光伏效應能帶圖 設用一定強度的光照射光電池，因存在吸收，光強度隨著光透入的深度按指數(shù)律下降。這種電池可以雙面受光，制造成本較低。在這種太陽能電池技術中使用了倒金字塔結合雙層減反射膜以降低表面的反射；采用了硼背場結合 背表面鈍化技術減少背表面的復合效應；采用了前后電極的選擇性擴散以減少以減少歐姆接觸。如此薄的硅片為太陽電池的制備增加了難度，指的制備技術有很大的改進，包括新型水平清洗技術、鏈式擴散技術、硼背場技術、激光去邊技術等等。因此，在未來世界太陽電池的主流產(chǎn)品仍舊為硅基太陽電池。 染料敏化太陽電池：主要利用染料對于太陽電池光譜吸收的可變性，與二氧化鈦材料組裝在一起，制備成可供多種吸收波段的太陽電池器件。第三代太陽電池是向著超高效率的方向努力，具備真正突破現(xiàn)有技術瓶頸的概念，但是目前這種電池還只是停留在概念及理論設計階段，甚至沒有成型的產(chǎn)品問世。 【 關鍵詞 】 硅基 太陽能電池 模擬 AMPS1D 湖北大學本科畢業(yè)論文（設計） III THE MODELLING AND SIMULATION OF NEWTYPE SILICONBASED SOLAR CELL ABSTRACT This thesis briefly introduced the basic PV mechanism and the development in PV cell. AMPS1D software was utilized to simulate the photovoltaic property of various device structures for single crystal Si, polySi and amorphous Si solar cell. All the parameters used in the simulations were obtained from the reported experimental data. The basis structures were PN and PIN diodes. By varing the thickness and the doping concentration of various layers, the photoelectric conversation efficiency, fill factor, short circuit current and open circuit voltage were studied. The best conversation efficiencies were obtained by optimizing the device structures. 【 Key words】 siliconbased solar cell, modelling, AMPS1D simulation 湖北大學本科畢業(yè)論文（設計） 1 緒論 自從 1983年法國人貝克勒爾發(fā)現(xiàn)“光生伏特效應”以來，歷經(jīng) 100多年的發(fā)展，太陽能電池技術已經(jīng)發(fā)展成為了一個相當龐大的學科，同時伴隨著產(chǎn)生了一個相當龐大的產(chǎn)業(yè)鏈。 湖 北 大 學 本 科 畢 業(yè) 論 文 （設 計） 題 目 新型硅基薄膜太陽能電池器件的設計與模擬 姓 名 彭 真 學 號 2020221105220201 專業(yè)年級 06 電 科 指導教師 高云 職 稱 教授 2020年 5 月 5 日 湖北大學本科畢業(yè)論文（設計） I 目 錄 緒論 ................................................................... 1 1 光伏太陽能電池的原理 ................................................... 2 光電池的電流電壓特性 ............................................. 2 描述太陽能電池的參數(shù) ............................................. 3 影響太陽電池轉(zhuǎn)換效率的因素 ....................................... 4 2 模擬軟件 AMPS1D的介紹 ................................................. 6 3 單晶硅太陽能電池的設計與模擬 ........................................... 8 單晶硅太陽能電池的研究概況及單晶硅性質(zhì) ........................... 8 設計與模擬結果 ................................................... 9 單晶硅的性能參數(shù) ............................................ 9 單結型改變厚度 .............................................. 9 單結型改變摻雜濃度 ......................................... 12 改變結構 ................................................... 13 結論 ............................................................ 14 4 多晶硅太陽能電池的設計與模擬 .......................................... 15 多晶硅太陽能電池的研究概況及多 晶硅性質(zhì) .......................... 15 設計與模擬結果 .................................................. 15 多晶硅的性能參數(shù) ........................................... 15 單結型改變厚度 ............................................. 16 改變摻雜濃度 ............................................... 18 改變結構 ................................................... 20 結論 ............................................................ 21 5 非晶硅太陽能電池的設計與模擬 .......................................... 21 非晶硅太陽能電池的研究概況及非晶硅性質(zhì) .......................... 21 設計與模擬結果 .................................................. 23 非晶硅的性能參數(shù) ........................................... 23 pin型設計與模擬 ......................................... 23 改變結構 ................................................... 29 結論 ............................................................ 30 總結 ..................................................................... 31 參考文獻 ................................................................. 32 湖北大學本科畢業(yè)論文（設計） II 新型硅基薄膜太陽能電池器件的設計與模擬 摘 要 本論文 首先介紹了太陽能電池的光伏原理及其發(fā)展概況，并采用 AMPS1D 軟件模擬分析了單晶硅、多晶硅、和非晶硅太陽能電池的光伏特性與器件結構的關系。 從產(chǎn)生技術的成熟度來區(qū)分，太陽能電池可以分成： ? 第一代太陽能電池：晶體硅太陽能電池 ? 第二代太陽能電池：各種薄膜太陽能電池，包括：非晶硅薄膜太陽能電池（ aSi）、碲化鉻太陽電池（ CdTe）、銅銦鎵硒太陽電池（ CIGS）、砷化鎵太陽電池、納米二氧化鈦染料敏化太陽能電池。 太陽電池從所使用的材料來區(qū)分，又可區(qū)分為： 硅基太陽電池：以硅材料為基本材質(zhì)，其中包括：單晶硅太陽電池、多晶硅太陽電池 、非晶硅薄膜太陽電池、納米硅薄膜太陽電池、微晶硅薄膜太陽電池、非晶硅 /晶體硅異質(zhì)結太陽電池。 有機材料電池：正在開發(fā)使用有機材料制備出類似葉綠素的太陽電池。 目前，由于使用了氮化硅反射膜技術，使得單晶硅太陽電池的效率達到 %。而且，也要求整條生產(chǎn)線具有更高的自動化水平，出現(xiàn)全自動的生產(chǎn)線，以降低破損率。經(jīng)過這些技術的改進才到達這樣高的效率，這種效率已經(jīng)非常接近晶體硅太陽電池的理論效率。 本文主 要用 AMPS1D（ A OneDimensional Device Simulation Program for the Analysis of 湖北大學本科畢業(yè)論文（設計） 2 Microelectronic and Photonic Structrues）軟件 ,即一維光電子和微電子器件結構分析模擬程序，通過改變各層厚度以及摻雜濃度來分析單晶硅、多晶硅和非晶硅太陽能電池的特性。因而光生載流子產(chǎn)生率也隨光照深入而減少，即產(chǎn)生率 Q是 x函數(shù)。 左圖分別是無光照和有光照時的光電池的伏安特性曲線。將 I=0代入光電池的電流電壓方程，得開路電壓為： ? ?? ?1lnSL ?? IIqkTV oc () （ 2）短路電流 Isc 如將 pn結短路（ V=0），因而 IF=0,這時所得的電流為短路電流 Isc。對于有合適效率的電池，該值應在 。結果是可期望在某一個確定的Eg隨處出現(xiàn)太陽電池效率的峰值。例如，一個硅電池在 20℃時的效率為 20%，當溫度升到 120℃時，效率僅為 12％。在直接帶隙材料，如 GaAs或 Gu2S中，只要 10ns的復合壽命就已足夠長了。 四、光強 將太陽光聚焦于太陽電池，可使一個小小的太陽電池產(chǎn)生出大量的電能。雖然 Nd和 Na 出現(xiàn)在 Voc定義的對數(shù)項中，它們的數(shù)量級也是很容易改變的。 目前，在 Si太陽電池中，摻雜濃度大約為 1016cm3，在直接帶隙材料制做的太陽電池中約為 1017 cm3，為了減小串聯(lián)電阻，前擴散區(qū)的摻雜濃度經(jīng)常高于 1019 cm3，因此重摻雜效應在擴散區(qū)是較為重要的。前表面的復合速率測量起來很困難，經(jīng)常被假設為無窮大。如果 Wp+與 Ln+能比擬，且 N+aNa，則 Sn可以估計零， Sn對 JSC、 Voc和 Eff的影響見圖 。 PN結收集的電流必須經(jīng)過表面薄層再流入最靠近的金屬導線，這就是一條存在電阻