【正文】 200℃左右。而后，開路電壓減小，是因?yàn)殡S著 i層厚度的增大，串聯(lián)電阻也增大，所以 Voc就會(huì)減小。 200nm 以后，各項(xiàng)參數(shù)值都下降。 改變結(jié)構(gòu) 頂層窗口層換成 SiC后 ,摻雜濃度都為 1019cm3,pSiC:H、 iSiC:H、 nSi:H厚度分別為 5nm、 200nm、5nm時(shí)的模擬結(jié)果如下（黑色的是相同厚度相同摻雜普通 pin型的 JV曲線，以與之作比較） : 0 .0 0 .2 0 .4 0 .6 0 .8 1 .0010203040J/(mA/cm^2)V/ V pinE f f : FF : 0. 696 S i c i nE f f : FF : 0. 69t h e co m p a ri so n b e t w e e n co m m o n p i n a n d Si C i n 圖 (a) 頂層為 aSiC： H層的非晶硅電池 JV特性與普通 pin型比較 湖北大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 30 0 .0 0 0 .0 5 0 .1 0 0 .1 5 0 .2 0 0 .2 565432101Energy/eVp o si t i o n / u m v a cu u m l e v e l co n d u ct i n g b a n d F e rm i Ene rg y v a l e n ce b a n de n e rg y b a n d o f a Si w i t h Si C t o p l a y e r 圖 （ b） 頂層為 aSiC:H層的非晶硅電池的能帶圖 從圖 可以看出，同樣厚度的單晶硅電池，當(dāng)頂層換成禁帶寬度比較大的 SiC 層厚，轉(zhuǎn)換效率可以有稍微提升 ,可以給出以下解釋 :使用 aSi:H 的優(yōu)點(diǎn)是該種材料的帶隙可以通過(guò)控制碳的含量在很大范圍內(nèi)變化 ,即隨膜中碳含量的增加 ,aS。開路電壓的大小和 PN 結(jié)反響飽和電流的大小成反比。其中對(duì)于填充因子來(lái)講 ,由于隨著 i 層厚度的增加 ,會(huì)不斷增加電池的串聯(lián)電阻 ,而串聯(lián)電阻是填充因子的重要影響因素 ,所以填充因子會(huì)不斷減少。 ，隨制備條件的不同約在 ，這樣制成的非晶硅太陽(yáng)能電池的開路電壓高。結(jié)晶型太陽(yáng)能電池用厚度為 ~，進(jìn)一步減薄受到強(qiáng)度的限制。 單結(jié)型改變厚度 考慮頂層為 n區(qū)，模擬中所用參數(shù)如下： 表 頂層為 n型單結(jié)多晶硅太陽(yáng)能厚度改變時(shí)電池參數(shù)設(shè)置 前端接觸電勢(shì) PHIBO（ eV） 前端電子復(fù)合速率 SNO(cm/s) +07 前端空穴復(fù)合速率 SPO(cm/s) +07 前端反射率 RF 0 后端接觸電勢(shì) PHIBL（ eV） 后端電子復(fù)合速率 SNL(cm/s) +07 后端空穴復(fù)合速率 SPL(cm/s) +07 后端反射率 RB 圖 給出的是 n 區(qū)厚度為 100nm 時(shí) p 區(qū)厚度從小到大變化的情況，其中 n 區(qū)摻雜濃度為1019cm3,p區(qū)摻雜濃度為 5*1016cm3： 湖北大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 17 0 202000 400000 600000 800000 10000000246810121416182022242628303234 Ef f FFn =10 0 n mn : 1 019cm3 p : 5 * 1 016cm3w e d t h o f p l a y e r/ n mEff/%si n g l e j u n ct i o n o f p Si w i t h n t o p l a y e r0 .7 60 .7 70 .7 80 .7 90 .8 00 .8 10 .8 20 .8 30 .8 40 .8 50 .8 60 .8 70 .8 80 .8 90 .9 0FF 圖 (a) 頂層為 n型單結(jié)多晶硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化效率及填充因子隨厚度的變化 0 202000 400000 600000 800000 10000000102030405060 Jsc Vo cn =10 0 n mn : 1 019cm3 p : 5 * 1 016cm3w e d t h o f p l a y e r/ n mJsc/(mA/cm^2)0 .4 00 .4 50 .5 00 .5 50 .6 00 .6 50 .7 00 .7 5Voc/Vsi n g l e j u n ct i o n o f p Si w i t h n t o p l a y e r 圖 (b) 頂層為 n型單結(jié)多晶硅太陽(yáng)能電池短路電流及開路電壓隨厚度的變化 湖北大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 18 由圖 可以看出：當(dāng) p區(qū)厚度為 200um 時(shí) ,多晶硅電池的轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)基本達(dá)到穩(wěn)定值 ,而其他各項(xiàng)參數(shù)隨厚度的變化關(guān)系都相同。晶界是一個(gè)晶向的晶粒向另一個(gè)晶向的晶粒的過(guò)渡區(qū)，它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，原子呈無(wú)序排列，其厚度通常為幾個(gè)原子層。但是考慮到“死層”以及禁帶變窄效應(yīng)會(huì)使有效摻雜濃度降低，所以頂層重?fù)诫s的上限濃度應(yīng)設(shè)為1019cm3。為了節(jié)省高質(zhì)量材料，尋找單晶硅電池的替代產(chǎn)品，現(xiàn)在發(fā)展了薄膜太陽(yáng)能電池，其中多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池和非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池就是典型代表 單晶硅特性：熔融的單質(zhì)硅在凝固時(shí)硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核長(zhǎng)成晶面取向相同的晶粒，則這些晶粒平行結(jié) 合起來(lái)便結(jié)晶成單晶硅。高性能單晶硅電池是建立在高質(zhì)量單晶硅材料和相關(guān)的成熱的加工處理工藝基礎(chǔ)上的。 AMPS的主要目的是研究材料性質(zhì)（如帶隙、親和勢(shì)、摻雜濃度、遷移率、體內(nèi)和表面能帶狀態(tài)缺陷分布）以及材料的設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)如何影響器件的物理特性，以及器件對(duì)光、偏壓、以及溫度的 響應(yīng)。為了使 RS小，一般是使金屬柵做成又密又細(xì)的形 狀。如果 Wp+與 Ln+能比擬，且 N+aNa，則 Sn可以估計(jì)零， Sn對(duì) JSC、 Voc和 Eff的影響見圖 。 目前，在 Si太陽(yáng)電池中，摻雜濃度大約為 1016cm3，在直接帶隙材料制做的太陽(yáng)電池中約為 1017 cm3，為了減小串聯(lián)電阻，前擴(kuò)散區(qū)的摻雜濃度經(jīng)常高于 1019 cm3，因此重?fù)诫s效應(yīng)在擴(kuò)散區(qū)是較為重要的。 四、光強(qiáng) 將太陽(yáng)光聚焦于太陽(yáng)電池，可使一個(gè)小小的太陽(yáng)電池產(chǎn)生出大量的電能。例如，一個(gè)硅電池在 20℃時(shí)的效率為 20%，當(dāng)溫度升到 120℃時(shí)，效率僅為 12％。對(duì)于有合適效率的電池，該值應(yīng)在 。 左圖分別是無(wú)光照和有光照時(shí)的光電池的伏安特性曲線。 本文主 要用 AMPS1D（ A OneDimensional Device Simulation Program for the Analysis of 湖北大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 2 Microelectronic and Photonic Structrues）軟件 ,即一維光電子和微電子器件結(jié)構(gòu)分析模擬程序，通過(guò)改變各層厚度以及摻雜濃度來(lái)分析單晶硅、多晶硅和非晶硅太陽(yáng)能電池的特性。而且，也要求整條生產(chǎn)線具有更高的自動(dòng)化水平，出現(xiàn)全自動(dòng)的生產(chǎn)線，以降低破損率。 有機(jī)材料電池：正在開發(fā)使用有機(jī)材料制備出類似葉綠素的太陽(yáng)電池。 從產(chǎn)生技術(shù)的成熟度來(lái)區(qū)分，太陽(yáng)能電池可以分成： ? 第一代太陽(yáng)能電池：晶體硅太陽(yáng)能電池 ? 第二代太陽(yáng)能電池：各種薄膜太陽(yáng)能電池，包括：非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池（ aSi）、碲化鉻太陽(yáng)電池（ CdTe）、銅銦鎵硒太陽(yáng)電池（ CIGS）、砷化鎵太陽(yáng)電池、納米二氧化鈦染料敏化太陽(yáng)能電池。 【 關(guān)鍵詞 】 硅基 太陽(yáng)能電池 模擬 AMPS1D 湖北大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 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(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 1 緒論 自從 1983年法國(guó)人貝克勒爾發(fā)現(xiàn)“光生伏特效應(yīng)”以來(lái)，歷經(jīng) 100多年的發(fā)展，太陽(yáng)能電池技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為了一個(gè)相當(dāng)龐大的學(xué)科，同時(shí)伴隨著產(chǎn)生了一個(gè)相當(dāng)龐大的產(chǎn)業(yè)鏈。 染料敏化太陽(yáng)電池：主要利用染料對(duì)于太陽(yáng)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(yáng)電池器件。如此薄的硅片為太陽(yáng)電池的制備增加了難度，指的制備技術(shù)有很大的改進(jìn)，包括新型水平清洗技術(shù)、鏈?zhǔn)綌U(kuò)散技術(shù)、硼背場(chǎng)技術(shù)、激光去邊技術(shù)等等。這種電池可以雙面受光，制造成本較低。 如光電池與負(fù)載電阻連成通路，通過(guò)負(fù)載的電流應(yīng)該是： I=IFIL= IS[exp(qV/kT)1]IL () 圖 光電池的伏安特性 根據(jù) pn 結(jié)整流方程，在正向偏壓下，通過(guò)結(jié)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。特性好的太陽(yáng)能電池就是能獲得較大功率輸出的太陽(yáng)能電池，也就是 Voc， Isc 和 FF乘積較大的電池。 對(duì)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?jǐn)?shù)。 在加工過(guò)程中，適當(dāng)而且經(jīng)常進(jìn)行工藝處理，可以使復(fù)合中心移走，因而延長(zhǎng)壽命。既然（ Nd） eff和（ Na） eff顯現(xiàn)出峰值，那么用很高的 Nd和Na不會(huì)再有好處，特別是在高摻雜濃度下壽命還會(huì)減小。如果 Wp+=0，則 Sn=∞，正如前面提到的。為了使 Isc最大，金屬柵占有的面積應(yīng)最小。 AMPS 采用牛頓－拉普拉斯方法在一定邊界條件下數(shù)值求解聯(lián)立的泊松方程、電子和空穴的連續(xù)性方程，可以用來(lái)計(jì)算光伏電池、光電探測(cè)器等器件的結(jié)構(gòu)與輸運(yùn)物理特性。 3 單晶硅太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)與模擬 單晶硅太陽(yáng)能電池的研究概況及單晶硅性質(zhì) 硅系列太陽(yáng)能電池中，單晶硅大陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟。 單晶硅太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率無(wú)疑是最高的，在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導(dǎo)地位，但由于受單晶硅材料價(jià)格及相應(yīng)的繁瑣的電池工藝影響，致使單晶硅成本價(jià)格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困難的。頂區(qū)重?fù)诫s是由于其一可以減小頂區(qū)薄層電阻，其二可以降低反向飽和電流，即提高開路電壓。 多晶硅太陽(yáng)能電池較單晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率低的一個(gè)最重要的原因是多晶硅中存在較多的晶粒及其晶粒間界（簡(jiǎn)稱晶界）。當(dāng)背面為歐姆接觸時(shí)，背面復(fù)合速率考慮為 Sn=1*107cm/s,以便接近更實(shí)際的情況。 5 非晶硅太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)與模擬 非晶硅太陽(yáng)能電池的研究概況及非晶硅性質(zhì) 非晶硅由于高的吸收吸收 ，所以易制成薄膜電池，為了降低太陽(yáng)能電池單元的制造成本，首先，要減少材料消耗。 因而他比單晶硅對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收效率要高 40 被左右，用很薄的非晶硅膜（約 1um 厚）就能吸收 90%有用的太陽(yáng)能。 介電常數(shù) 電子遷移率（ I 層）（ cm2/V/s） 20