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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流晶硅太阳能电池i层厚度优化的数值模拟.精品文档.晶硅太阳能电池i层厚度优化的数值模拟.txt这是一个禁忌相继崩溃的时代，没人拦得着你，只有你自己拦着自己，你的禁忌越多成就就越少。自卑有多种档次，最高档次的自卑表现为吹嘘自己干什么都是天才。 本文由啊呀娃娃chen贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 堡堕！丝二塑堑 一 实验技术与管理 第卷第期年月 非晶硅太阳能电池层厚度 优化的数值模拟 姚若河，郑佳华 （华南理工大学物理科学与技术学院，广东广州 ） 摘要：应用一软件对非晶硅太阳能电池的，一
2、，特性进行了模拟研究，重点模拟分析了层厚度 对结构非晶硅太阳能电池特性参数的影响。 关键词：太阳能电池；非晶硅；数值模拟 中图分类号： 文献标识码： 文章编号：（） ： ， （ ， ， ，） ： 一 （ ） ： ： ；：； 太阳能是一种清洁、无污染、取之不尽用之不 竭的自然能源，将太阳能转换为电能是大规模利用 太阳能的重要技术基础。半导体太阳能电池利用半 导体的光生伏特效应直接将太阳能转化为电能，技 术比较成熟。在硅系列电池中，由于非晶硅对阳光 的吸收系数高，活性层只需厚，材料的需求 量大大减少；沉积温度低，可直接沉积在玻璃、不 锈钢和塑料膜等廉价的衬底材料上；生产成本低， 具有单片电池面积大
3、、适于工业化大规模生产等优 点而受到重视。 形成结构。图中，衬底为型非晶硅，顶 层为型的非晶材料，中间缓冲层为本征非晶 硅，主要结构参数和模拟参数见表。 图 结构非晶硅太阳能电池结构示意图 结构非晶硅太阳能电池的模型参数 参数 层 （） 层 （） 表 模型结构与模拟原理 器件结构 典型的非晶硅太阳能电池结构如图所示。非 晶硅中由于原子排列缺少结晶硅的规则性，缺陷 多，因此，要在层与层之间加入本征层层， 收稿日期： 作者简介：姚若河（一），男，广东省揭阳市人。博士，教 授。从事半导体器件及物理的教学和科研工作 层 （） 迁移率带隙 光学带隙 电子亲和能 相对介电常数占 有效态密度（。一） （一一
4、） 万 方数据 实验技术与管理 续表 参数 电子迁移率 。（一） 空穴迁移率 。（一） 价带尾态特征能量迁移 率 导带尾态特征能量迁移 率 掺杂浓度 （。一） 。（一一） 其中，为电子的电流密度，有（菇）舭。 层 （） 层 （） 层 （） 兰孕，州为电子的准费米能级；矗为空穴的电 流密度，（石）舭，凡（警），为空穴的准费米 能级；，（茗）为电子空穴对的光生效率，为位置菇 的函数。运用数值计算方法求解方程（）、（）、 （）中的砂（茗）、（）、（）进而求出各特性参数。 模拟结果分析 ” 对结构非晶硅太阳能电池模拟时，光照 条件为， ，光从型非晶硅层 入射到器件中。 为了研究层厚度对器件性能的影响，
5、将层 和层的厚度分别固定为 和 ，层厚度 分别取 、 、 、 、 、 隙问定域态分：砟。 模拟原理 模拟在态密度（）模式下进行。对于非晶 硅来说，带尾定域态相当重要，使用指数函数来模 拟，用高斯分布来描述非晶硅的悬挂键。对 结构非晶硅太阳能电池，若给出各层半导体材料的 能带结构、电子态密度分布、空穴态密度分布和电 子亲和能等，根据半导体器件个基本方程：泊松 方程，电子连续性方程和空穴连续性方程，在适当 的边界条件下即可求解出器件的特性。 泊松方程把材料体系中的自由载流子数目，受 陷电子和受陷空穴数目，离化杂质数目等和静电场 联系起来。泊松方程表示为 、 、 、 。模拟不同层 厚度条件下光电池的
6、开路电压、短路电流氏、 填充因子和光电转换效率卵随层厚度变化的 情况，模拟结果如图所示。 由图可见，随着层厚度的增加、氏、 和叼都先增大，到达一最大值后又随层厚度 的进一步增加而减小。 对短路电流，一般可表示为 矗一州学一】 （） 当层厚度比较薄时，随着层厚度的增大，光生 载流子增加，光生电流密度以增大，反向饱和电 期占（茗）警（髫）一（石）瞒（石）一 二（石）。（菇）一。（）， （） 其中，沙为器件中石点单位正电荷电势；（石）， 流密度厶不变的情况下氏增大。当层厚度增加 到一定程度时，使内建电场强度分布明显受影响， 光生载流子得不到有效的收集，从而使如下降。 对和有： （）分别为自由空穴和自
7、由电子的浓度；（髫）， （石）分别为电离施主浓度和电离受主浓度； 。（），（髫）分别为受陷空穴和受陷电子浓度； （）为带隙中单位体积单位能量的类受主态密度 连续分布函数；（）为能量为的能态被一个电 一，一，：一器） 律也应是先增大后减小。 （下转第页） 弘（鲁）叫， （） （） 子占据的概率；（）为带隙中单位体积单位能量 的类施主态密度连续分布函数；厶（）为能量为 的能态被一个空穴占据的概率。 可知，正比于氏，所以其变化规律与氏相似。 对于，有叼：丁，：，比为最佳功率 在稳态条件下，若自由载流子的浓度不随时间 变化，则自由电子和自由空穴的连续性方程分别为 输出，为电池正面曝光面积（），。为每
8、的光照功率输入，所以。不变，叼的变化规 （警一。（菇）尺（石）， 、似， （） （） 学，（戈）一（茹）， 万 方数据 聂伟，等：基于（：的码实验平台设计 中定制生成的 软核处理器实现了基 于（：的码实验平台。其中控制、键 盘扫描及液晶显示模块的程序在 寇艳红，杨枫，陈雁通信原理开放性实验项目设计实 验技术与管理，（）： ， ， 目 中 ： 用语言实现，用户逻辑部分的程序用 硬件描述语言编写并在 ， 环境 张庆治，刘巧艳基于的码译码器设计与实现 北京电子科技学院学报，（）： 刘小同，万国春，陈岚基于算法的码的 硬件设计与实现江西科技师范学院学报，（）： 下完成了仿真、综合及下载。通过在液晶上实
9、时显 示实验过程中编译码器的工作参数及接收到 误码的信息帧的数目，使学生能够清楚地理解 编译码器各个环节的作用及整个实验的数据流 程。的实现技术使得学生可以很容易地修改 各模块的程序代码，从而实现对编译码算法 的研究和改进。 参考文献（）： 刘东华码原理与应用技术北京：电子工业出版 社。 袁东风，张海霞宽带移动通信中的先进信道编码技术 北京：北京邮电大学出版社， 潘松，黄继业曾毓技术实用教程北京：清华大 学出版社， （上接第页） 毒 暑 毫 鼍 罩 图 ，。耶和呀随层厚度的变化 结论 本文用一对结构非晶硅太阳能 电池的，一特性进行模拟，研究了层厚度对非 ， ， ， ： ，（）： 胡志华，廖显伯
10、，曾湘波，等纳米硅（：）晶体硅 （）异质结太阳电池的数值模拟分析物理学报， ，（）： 胡志华，廖显伯，刁宏伟，等非晶硅太阳电池光照特性 的模拟物理学报，（）： 刘瑶，姚若河扩散结内建电场的数值分析广西物 理，（）： 刘恩科，朱秉升，罗晋生，等半导体物理学北京：国 防工业出版社， 仓田衡半导体器件的数值分析北京：电子工业出版 社， 晶硅太阳能电池特性参数的影响。从模拟结果看， ，氏，和叼的理论最大值处在层厚度为 范围内，且对应于不同的层厚度。为了 获得最优的电池性能，应综合考虑， 和叼的取值。 参考文献（）： ， ， ， ： ，（）： 万 方数据 1本文由啊呀娃娃chen贡献 pdf文档可能在W
11、AP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 堡堕！丝二塑堑 一 实验技术与管理 第卷第期年月 非晶硅太阳能电池层厚度 优化的数值模拟 姚若河，郑佳华 （华南理工大学物理科学与技术学院，广东广州 ） 摘要：应用一软件对非晶硅太阳能电池的，一，特性进行了模拟研究，重点模拟分析了层厚度 对结构非晶硅太阳能电池特性参数的影响。 关键词：太阳能电池；非晶硅；数值模拟 中图分类号： 文献标识码： 文章编号：（） ： ， （ ， ， ，） ： 一 （ ） ： ： ；：； 太阳能是一种清洁、无污染、取之不尽用之不 竭的自然能源，将太阳能转换为电能是大规模利用 太阳能的重要技术基础。半导
12、体太阳能电池利用半 导体的光生伏特效应直接将太阳能转化为电能，技 术比较成熟。在硅系列电池中，由于非晶硅对阳光 的吸收系数高，活性层只需厚，材料的需求 量大大减少；沉积温度低，可直接沉积在玻璃、不 锈钢和塑料膜等廉价的衬底材料上；生产成本低， 具有单片电池面积大、适于工业化大规模生产等优 点而受到重视。 形成结构。图中，衬底为型非晶硅，顶 层为型的非晶材料，中间缓冲层为本征非晶 硅，主要结构参数和模拟参数见表。 图 结构非晶硅太阳能电池结构示意图 结构非晶硅太阳能电池的模型参数 参数 层 （） 层 （） 表 模型结构与模拟原理 器件结构 典型的非晶硅太阳能电池结构如图所示。非 晶硅中由于原子排
13、列缺少结晶硅的规则性，缺陷 多，因此，要在层与层之间加入本征层层， 收稿日期： 作者简介：姚若河（一），男，广东省揭阳市人。博士，教 授。从事半导体器件及物理的教学和科研工作 层 （） 迁移率带隙 光学带隙 电子亲和能 相对介电常数占 有效态密度（。一） （一一） 万 方数据 实验技术与管理 续表 参数 电子迁移率 。（一） 空穴迁移率 。（一） 价带尾态特征能量迁移 率 导带尾态特征能量迁移 率 掺杂浓度 （。一） 。（一一） 其中，为电子的电流密度，有（菇）舭。 层 （） 层 （） 层 （） 兰孕，州为电子的准费米能级；矗为空穴的电 流密度，（石）舭，凡（警），为空穴的准费米 能级；，（茗
14、）为电子空穴对的光生效率，为位置菇 的函数。运用数值计算方法求解方程（）、（）、 （）中的砂（茗）、（）、（）进而求出各特性参数。 模拟结果分析 ” 对结构非晶硅太阳能电池模拟时，光照 条件为， ，光从型非晶硅层 入射到器件中。 为了研究层厚度对器件性能的影响，将层 和层的厚度分别固定为 和 ，层厚度 分别取 、 、 、 、 、 隙问定域态分：砟。 模拟原理 模拟在态密度（）模式下进行。对于非晶 硅来说，带尾定域态相当重要，使用指数函数来模 拟，用高斯分布来描述非晶硅的悬挂键。对 结构非晶硅太阳能电池，若给出各层半导体材料的 能带结构、电子态密度分布、空穴态密度分布和电 子亲和能等，根据半导体
15、器件个基本方程：泊松 方程，电子连续性方程和空穴连续性方程，在适当 的边界条件下即可求解出器件的特性。 泊松方程把材料体系中的自由载流子数目，受 陷电子和受陷空穴数目，离化杂质数目等和静电场 联系起来。泊松方程表示为 、 、 、 。模拟不同层 厚度条件下光电池的开路电压、短路电流氏、 填充因子和光电转换效率卵随层厚度变化的 情况，模拟结果如图所示。 由图可见，随着层厚度的增加、氏、 和叼都先增大，到达一最大值后又随层厚度 的进一步增加而减小。 对短路电流，一般可表示为 矗一州学一】 （） 当层厚度比较薄时，随着层厚度的增大，光生 载流子增加，光生电流密度以增大，反向饱和电 期占（茗）警（髫）一
16、（石）瞒（石）一 二（石）。（菇）一。（）， （） 其中，沙为器件中石点单位正电荷电势；（石）， 流密度厶不变的情况下氏增大。当层厚度增加 到一定程度时，使内建电场强度分布明显受影响， 光生载流子得不到有效的收集，从而使如下降。 对和有： （）分别为自由空穴和自由电子的浓度；（髫）， （石）分别为电离施主浓度和电离受主浓度； 。（），（髫）分别为受陷空穴和受陷电子浓度； （）为带隙中单位体积单位能量的类受主态密度 连续分布函数；（）为能量为的能态被一个电 一，一，：一器） 律也应是先增大后减小。 （下转第页） 弘（鲁）叫， （） （） 子占据的概率；（）为带隙中单位体积单位能量 的类施主态密度
17、连续分布函数；厶（）为能量为 的能态被一个空穴占据的概率。 可知，正比于氏，所以其变化规律与氏相似。 对于，有叼：丁，：，比为最佳功率 在稳态条件下，若自由载流子的浓度不随时间 变化，则自由电子和自由空穴的连续性方程分别为 输出，为电池正面曝光面积（），。为每 的光照功率输入，所以。不变，叼的变化规 （警一。（菇）尺（石）， 、似， （） （） 学，（戈）一（茹）， 万 方数据 聂伟，等：基于（：的码实验平台设计 中定制生成的 软核处理器实现了基 于（：的码实验平台。其中控制、键 盘扫描及液晶显示模块的程序在 寇艳红，杨枫，陈雁通信原理开放性实验项目设计实 验技术与管理，（）： ， ， 目 中
18、 ： 用语言实现，用户逻辑部分的程序用 硬件描述语言编写并在 ， 环境 张庆治，刘巧艳基于的码译码器设计与实现 北京电子科技学院学报，（）： 刘小同，万国春，陈岚基于算法的码的 硬件设计与实现江西科技师范学院学报，（）： 下完成了仿真、综合及下载。通过在液晶上实时显 示实验过程中编译码器的工作参数及接收到 误码的信息帧的数目，使学生能够清楚地理解 编译码器各个环节的作用及整个实验的数据流 程。的实现技术使得学生可以很容易地修改 各模块的程序代码，从而实现对编译码算法 的研究和改进。 参考文献（）： 刘东华码原理与应用技术北京：电子工业出版 社。 袁东风，张海霞宽带移动通信中的先进信道编码技术
19、北京：北京邮电大学出版社， 潘松，黄继业曾毓技术实用教程北京：清华大 学出版社， （上接第页） 毒 暑 毫 鼍 罩 图 ，。耶和呀随层厚度的变化 结论 本文用一对结构非晶硅太阳能 电池的，一特性进行模拟，研究了层厚度对非 ， ， ， ： ，（）： 胡志华，廖显伯，曾湘波，等纳米硅（：）晶体硅 （）异质结太阳电池的数值模拟分析物理学报， ，（）： 胡志华，廖显伯，刁宏伟，等非晶硅太阳电池光照特性 的模拟物理学报，（）： 刘瑶，姚若河扩散结内建电场的数值分析广西物 理，（）： 刘恩科，朱秉升，罗晋生，等半导体物理学北京：国 防工业出版社， 仓田衡半导体器件的数值分析北京：电子工业出版 社， 晶硅太阳能电池特性参数的影响。从模拟结果看， ，氏，和叼的理论最大值处在层厚度为 范围内，且对应于不同的层厚度。为了 获得最优的电池性能，应综合考虑， 和叼的取值。 参考文献（）： ， ， ， ： ，（）： 万 方数据1