晶体硅太阳电池数值模拟及应用

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1、摘要太阳电池的主要研究方向是提高电池的光电转换效率，而光电转换效率及其性能参数受到电池材料参数、结构参数等的影响。因此，在探索优化太阳电池设计与制备工艺以提高光电转换效率的过程中，分析太阳电池的材料参数、结构参数等如何影响电池性能就显得十分重要。本文主要研究了多种类型晶体硅太阳电池的数值模拟及应用，通过光生少数载流子连续性方程建立单晶硅结构太阳电池的物理模型，引进了有效迁移率和有效少子扩散长度的概念，并考虑多晶硅中晶界复合因素的影响，最终实现电池材料和结构参数在室温下对单晶硅、柱状多晶硅太阳电池的开路

2、电压、短路电流、填充因子、转化效率、串并联电阻等电池性能指标影响的数值模拟。同时，我们也考察了温度变化对于晶体硅太阳电池性能指标的影响情况。在程序的实际应用中，模拟结果通过数值和图形两种方式输出。通过将模拟结果与实际实验结果作对比，发现它们趋势和数值相符，一定程度上验证了物理模型的正确性和模拟结构的准确性，为晶体硅太阳电池的设计与制备起到较好的指导作用。关键词：数值模拟；晶体硅太阳电池；温度影响AbstractTheaimofsol甜ccnresearchist0improvesolarphotoel

3、ectricconVersionefficiency，whichismnuencedbymaterialp啪metcr'Stmcturcpar锄ctcr’锄dso0n·Therefo把，it’simport锄tt0discusshowthesep锄metersinfluencesolarphotoelec仃icconverSione伍ciency．T1lisstudyisdedicatedt0numericalsimulationofcrystallinesiliconsolarcells．Aphys

4、icalmodeIof蜘Sisol盯cellsisbuiltw敞photocamerconti玎【uityequation锄db0帅da巧equatio邶．E肫ctivemobili吼e疏ctiVemin耐tyca盯ierdi硒sionlength锄dcarrier托combin砒iononc聊姐lbounda叮ofmc-Siaretakenintoaocountinthephysicalmodelofmc-Sisolarcells．ByⅡlisway，wec锄silTlulate觚d锄alyzcth

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6、缸豁t，theseresultsarequiteclo∞t0experimentalda：ta．11lisstudyofsimulationisagoodguideforthedesignandproductionofcrystallines订iconsolarcells．Keywords：Crystallinesiliconsolarcclls；Numericalsimulation；hlnuenceoftemperature．II第一章绪论1．1研究背景能源是人类生存和发展重要的物质基础，社会的发

7、展与进步离不开对能源需求。而伴随着化石能源贮量逐步萎缩以及随之带来的环境污染问题，新能源特别是太阳能日益受到重视。与其它种类的能源不同，太阳能具有清洁性、安全性、资源的广足性等优点【11，被认为是2l世纪最重要的能源之一。光伏发电是利用半导体的光伏效应将太阳的光能转化为电能的过程，其核心器件是太阳电池。光伏产业首先在美国、日本、德国等发达国家得到高度重视和发展【21。在这些发达国家，光伏发电应用得到大力普及：德国“十万屋顶计划"、美国“百万屋顶计划"、日本“阳光计划"等政府补贴计划支持了光伏发电应用及

8、推广。与此同时，中国也将光伏发电作为重点推广的新能源产业，政府逐步推出了2002年“光明工程"，2009年“金太阳"工程等。1．1．2硅太阳电池的发展历程硅太阳电池以其成熟的生产工艺和较好的转化性能，占有光伏市场较大份额，可以此预测在未来一段时间内，硅材料仍将作为太阳电池的主要材料。硅太阳电池包括【3】：单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池、带硅电池和薄膜硅电池等，其主要经历了三个阶段：第一个时期始于20世纪50年代。1954年美国贝尔实验室的研究人员研制