论文总字数：20052字

摘 要

本论文对单晶硅太阳能电池的概况和原理作了简单的介绍，参考当前较新的研究成果，用PC1D软件对工业上常用的单晶硅太阳能电池模型进行模拟，期望并通过软件的理论模拟尝试找出单晶硅的衬底参数的改变对太阳能电池输出特性的影响，对单晶硅太阳能电池的设计作出改进。

工业上普遍使用的单晶硅电池模型是n pp 结构，表面n 层为发射极，中间的p层为衬底，最后的p 层为重掺杂的铝背场。本论文探寻衬底的厚度、少子寿命及衬底掺杂浓度对电池开路电压V_OC、短路电流J_SC、填充因子FF和光电转换效率η的影响规律。

关键词：单晶硅 太阳能电池 PC1D P型衬底

Monocrystalline silicon solar battery performance theory simulation

Abstract

General situation and principle of the single crystal silicon solar cell are introduced, the reference current relatively new research results, the commonly used industrial silicon solar cell model was simulated by the PC1D software,expectations and through software theory attempts to find out the change of single crystal silicon substrate parameters simulation of solar cell output characteristics, improvement design of single crystal silicon solar cell.

Single crystal silicon cell model commonly used in industry is n pp structure,surface n layer as the emitter, p layer as a substrate, the p layer last for heavily doped aluminum back surface field. This paper explores the change ofcrystal silicon substrate thickness, the minority carrier lifetime and dopingconcentration on the battery open circuit voltage, short circuit current of V_OCJ_SC, the fill factor FF and the photoelectric conversion efficiency.

Keywords: Monocrystalline silicon,solar cell, PC1D, Substrate of P type.

目录

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 文献综述 4

1.3 太阳能电池的概述 5

1.3.1 太阳能电池分类简述 5

1.3.2 太阳能电池原理 8

1.3.3太阳能电池的主要技术参数 10

第二章太阳能电池模拟的理论基础 12

2.1太阳能电池物理基础 12

2.1.1泊松方程 12

2.1.2电流密度方程 12

2.1.3连续性方程 13

2.1.4太阳能电池的边界条件 14

2.2半导体的光吸收 14

2.2.1光学吸收系数 15

2.2.2自由载流子吸收系数 16

2.3载流子输运特性 16

2.3.1迁移率 16

2.3.2载流子的复合 18

第三章 模拟软件的选取 21

3.1太阳能电池仿真软件简介 21

3.1.1 AMPS一1D 21

3.1.2 PC1D 23

3.2模拟软件的选取 24

第四章 模型建立和理论模拟结果分析 25

4.1 模型建立 25

4.2 参数模拟 27

4.2.1衬底厚度 27

4.2.2 少子寿命对输出特性的影响 30

4.2.3 掺杂浓度对晶硅电池输出性能的影响 35

第五章 总结 38

5.1 总结 38

参考文献 39

致谢 41

第一章 绪论

1.1 引言

现如今人类经济发展高速发展，能源短缺问题浮出水面。现如今人类能源使用的现状是化石能源所占的比例过高。根据资料显示，1994年世界能源总消费量如果全部换算成石油标量相当于79亿8000万吨石油，其中化石能源所占的比例高达89.7%。现在距离1994年已经过去了20年，世界经济形势发生了深刻的变化，大批发展中国家加快了工业化步伐，世界能源供给进一步紧张。其中以金砖国家为代表的发展中国家由于资金匮乏所使用的能源仍然以化石能源为主[1]，总体而言世界能源紧缺的形势在未来不会有改观。

众所周知，化石能源一直是人类使用历史最长，总量最多的能源[2]。最新的研究结果表明，产生于光合作用的最大数量的碳存在与地球沉积物中的有约3.75x10¹⁴t（折合成化石能源的能量单位，标准煤），迄今为止已经找到的则为1.04x10¹³t标准煤。

所以就目前来看，随着继续勘探，化石能源的储量就将继续增加。事实上，近些年来来的化石能源一直储量还是持续增加的。比如说前几年发现的在中等深度海底里蕴藏有巨量的甲烷水合物。这些化合物受热后或者被从海底提出，就会分解成甲烷和水。还有新近由美国等西方发达国家开启的的轰轰烈烈的页岩气革命[3]，这使美国一下可以扭转能源对外依赖的困局。然而即使是有这种前景存在也不能放松我们对储量开采的限制。因为我们发现的比消耗得多。如果为了满足能源需求我们用完了所有的碳储备物，那我们将实际上进行几百万年前的光合作用的逆过程，并且正在快速消耗所有的氧。即使存在超过3.75x10¹⁴t的碳，但是在短时间也没有足够的氧供给让其燃烧。

图1-1 人类历史上的油气消耗量示意图

如果我们调查油和气的消耗量作为一个例子来说明从公元年起很长一段时间内化石能源的消耗量，如图1-1。直到20世纪初，储存能源的消耗几乎可以忽略，但是从20世纪开始，它就开始呈指数上升，并且在之后的几十年后达到最大值。黑色部分是截止到现在我们用的油气。随后由于储备能源逐渐被用完，储备能源的消耗量再次急剧回落。最大消耗点预期会出现在当储存量降到其初始水平的一半时的位置。

累积了几百万年的光合作用储存的能量会在两三百年左右的时间内全部消耗完[2]。储备能源的变少还是个次要的问题，更糟的是短时间内燃烧会大量的消耗氧气使氧气急剧减少，并且产生其他产物，这会导致大气成分的变化，促进温室效应的产生，并且这种影响会持续很长时间，即使我们的后代使用可再生能源来改变能源的方式，但是他们还是会从我们现在的所作所为中受害。

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