【正文】 高紀(jì)錄： %。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。由于硅基太陽電池和半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展使得高純硅材料的供應(yīng)空前緊張，因此，主流太陽電池的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)進(jìn)展主要是進(jìn)行硅片的超薄化，晶體太陽電池的厚度已經(jīng)降到了 200230um，在近幾年內(nèi)還將繼續(xù)下降到 180um。 目前，由于使用了氮化硅反射膜技術(shù)，使得單晶硅太陽電池的效率達(dá)到 %。因?yàn)楣柙诘厍蛏系呢S度為 26%，僅次于氧屬于世界上第二豐富的材料，相比之下其他電池相關(guān)材料的豐度都有限，難以在太陽電池產(chǎn)業(yè)中形成支配性的地位。 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電池。 Ⅲ Ⅴ族太陽電池： GaAs系列多結(jié)太陽電池、熱光伏太陽電池。 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：?jiǎn)尉Ч杼栯姵?、多晶硅太陽電?、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(jié)太陽電池。 其中，第一代太陽電池已經(jīng)進(jìn)入大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化階段，有部分種類已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，但是技術(shù)成熟程度還有待提高。 從產(chǎn)生技術(shù)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。通過優(yōu)化提出最佳電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 湖 北 大 學(xué) 本 科 畢 業(yè) 論 文 （設(shè) 計(jì)） 題 目 新型硅基薄膜太陽能電池器件的設(shè)計(jì)與模擬 姓 名 彭 真 學(xué) 號(hào) 2020221105220201 專業(yè)年級(jí) 06 電 科 指導(dǎo)教師 高云 職 稱 教授 2020年 5 月 5 日 湖北大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)與模擬結(jié)果 ................................................... 9 單晶硅的性能參數(shù) ............................................ 9 單結(jié)型改變厚度 .............................................. 9 單結(jié)型改變摻雜濃度 ......................................... 12 改變結(jié)構(gòu) ................................................... 13 結(jié)論 ............................................................ 14 4 多晶硅太陽能電池的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)與模擬結(jié)果 .................................................. 15 多晶硅的性能參數(shù) ........................................... 15 單結(jié)型改變厚度 ............................................. 16 改變摻雜濃度 ............................................... 18 改變結(jié)構(gòu) ................................................... 20 結(jié)論 ............................................................ 21 5 非晶硅太陽能電池的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)與模擬結(jié)果 .................................................. 23 非晶硅的性能參數(shù) ........................................... 23 pin型設(shè)計(jì)與模擬 ......................................... 23 改變結(jié)構(gòu) ................................................... 29 結(jié)論 ............................................................ 30 總結(jié) ..................................................................... 31 參考文獻(xiàn) ................................................................. 32 湖北大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） II 新型硅基薄膜太陽能電池器件的設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)的關(guān)系。通過采取 PN 結(jié)和 PIN 結(jié)兩種基本結(jié)構(gòu)，改變各層厚度和摻雜濃度，研究厚度和摻雜對(duì)太陽能電池轉(zhuǎn)化效率、填充因子、短路電流以及開路電壓的影響。 【 關(guān)鍵詞 】 硅基 太陽能電池 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年法國人貝克勒爾發(fā)現(xiàn)“光生伏特效應(yīng)”以來，歷經(jīng) 100多年的發(fā)展，太陽能電池技術(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。 ? 第三代太陽電池：各種疊層太陽能電池、熱光伏電池（ TPV）、量子阱及量子點(diǎn)的超晶格太陽電池、中間帶太陽電池、上轉(zhuǎn)換太陽電池、下轉(zhuǎn)化太陽電池、熱載流子太陽電池、碰撞離化太陽電池等新概念太陽電池。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(shù)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(shè)計(jì)階段，甚至沒有成型的產(chǎn)品問世。 Ⅱ Ⅵ族材料太陽電池： CdTe太陽電池、 CIGS太陽電池。 染料敏化太陽電池：主要利用染料對(duì)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。 如果從來料方面來評(píng)價(jià)太陽電池在未來的地位，人們有理由 認(rèn)為，只有硅基材料的太陽能電池在未來最有可持續(xù)性。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。而多晶硅電池使用了表面織構(gòu)化技術(shù)、氮化硅減反射膜和表面鈍化技術(shù)，其效率達(dá)到 %15%。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(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。 太陽電池實(shí)驗(yàn)室技術(shù)也有了很大的進(jìn)展。在這種太陽能電池技術(shù)中使用了倒金字塔結(jié)合雙層減反射膜以降低表面的反射；采用了硼背場(chǎng)結(jié)合 背表面鈍化技術(shù)減少背表面的復(fù)合效應(yīng)；采用了前后電極的選擇性擴(kuò)散以減少以減少歐姆接觸。美國的 Sunpower公司制備了一種將 P型電極和 N型電極全部做在背面的太陽能電池，大大提高了太陽電池的效率，使得產(chǎn)業(yè)化太陽電池的效率提高到 20%以上。這種電池可以雙面受光，制造成本較低。 1 光伏太陽能電池的原理 光電池的電流電壓特性 光電池工作時(shí)共有三股電流：光生電流 IL，在光生電壓 V作用下的 pn結(jié)正向電流 IF，流經(jīng)外電路的電流 I。如圖 ： 圖 （ a） pn結(jié)各電流示意圖 圖 （ b） 光伏效應(yīng)能帶圖 設(shè)用一定強(qiáng)度的光照射光電池，因存在吸收，光強(qiáng)度隨著光透入的深度按指數(shù)律下降。為了簡(jiǎn)便起見，用 Q表示在結(jié)的擴(kuò)散長(zhǎng)度（ Lp+Ln）內(nèi)非平衡載流子的平均產(chǎn)生率，并設(shè)擴(kuò)散長(zhǎng)度 Lp內(nèi)的空穴和 Ln內(nèi)的電子都能擴(kuò)散到pn結(jié)面而進(jìn)入另一邊，這樣光生電流 IL應(yīng)該是： IL=qQA（ Lp+Ln） () 其中： A是 pn結(jié)面積， q為電子電量。 如光電池與負(fù)載電阻連成通路，通過負(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。 湖北大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 3 描述太陽能電池的參數(shù) 不論是一般的化學(xué)電池還是太陽能電池，其輸出特性一般都是用下圖所示的電流 電壓曲線來表示。 這時(shí)， I=0，即： IL=IF。顯然，短路電流等于光生電流，即： Isc=IL () (3)填充因子 FF 在光電池的伏安特性曲線任意工作點(diǎn)上的輸出功率等于該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的矩形面積，其中只有一點(diǎn)是輸出最大