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摘 要

P型单晶硅太阳能电池制造工艺比其他类型电池更加简单，成本更低，较其他太阳能电池应用场景更加广，是太阳能电池领域主要的研究方向。P型单晶硅太阳能电池作为市场主流和效率标杆，其性能和效率仍然不断被优化。本文利用UNSW的太阳能电池模拟软件PC1D 5.9 对P型单晶硅光伏电池的各项参数进行模拟优化。本文首先基于实际情况设计电池各项参数模拟处对初试效率为18%的P型单晶硅太阳能电池，然后对各项电池参数进行迭代优化，最终确定衬底厚度的为500 μm，减反膜厚度为74nm，发射极深度为0.06 μm，衬底掺杂浓度为5e16 cm^-3，铝背场掺杂浓度为9e18 cm^-3，少子寿命为2300μs，载流子扩散长度为400 cm/s。这组参数最终确定了效率达到22.5%的优化参数,，为实验研究提供参考。

关键词：PC1D P型单晶硅 太阳能电池 铝背场

Simulation Study of P-type Single Crystal Silicon Solar Cell

Abstract

P-type single crystal silicon solar cells have simple manufacturing process and low-cost, and are widely used in solar cells. The superior performance is the main research direction in the field of solar cells. P-type silicon solar cells are the mainstream in the market, and their performance and efficiency are still being optimized. This paper uses the semiconductor calculation software PC1D 5.9 of the University of New South Wales, Australia to simulate and optimize the parameters of P-type monocrystalline silicon solar cells. In this paper, based on the actual situation, the P-type monocrystalline silicon solar cells with the initial test efficiency of 18% are designed. The final thickness of the substrate is 500 μm, the thickness of the anti-reflection film is 74 nm, the depth of the emitter is 0.06 μm, the doping concentration of the substrate is 5e16 cm^-3, the doping concentration of the aluminum back field is 9e18 cm^-3, and the lifetime of the minority carrier is At 2300 μs, the carrier diffusion length is 400 cm/s. The factors of the solar cell are iteratively optimized, and the optimized factors with the efficiency of 22.5% are determined. The study of the monocrystalline silicon cell provides a reference.

Key words: PC1D； P-type monocrystalline silicon ；Solar cell； Aluminum back field

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 太阳能电池的原理 1

1.3 太阳能电池的性能指标 2

1.4 单晶硅太阳能电池 4

1.4.1 单晶硅太阳能电池的结构模型 4

1.4.2 硅太阳能电池制造工艺 6

1.5 提高硅太阳能电池的效率的常用方法 10

1.5.1 选择性前端扩散 10

1.5.2 局部背接触和介电表面钝化 10

1.5.3 金属化 11

1.5.4 晶圆结晶度 11

1.5.5 采用P型单晶硅片 12

第二章 光伏电池模拟软件的电学模型 14

2.1 模拟仿真求解步骤 14

2.2 PC1D模拟软件的数学模型 15

2.3 边界条件 16

2.4 光学模拟 18

2.5 仿真结果可视化计算 19

2.5.1 电流电压曲线（IV曲线）^[43] 19

2.5.2 填充因子（Fill Factor，FF） 19

2.5.3 转换效率 20

2.5.4 量子效率曲线（Quantum Efficiency Curve,QE）^[44] 20

第三章 PC1D参数设置 22

3.1 Device 22

3.2 Region 1 23

3.3 Excitation 23

第四章 PC1D单参数模拟结果及分析 24

4.1 P型衬底厚度对电池性能的影响 24

4.2 P型衬底掺杂浓度对电池性能的影响 25

4.3 减反膜厚度对电池性能的影响 27

4.4 改变背表面复合速率对电池性能的影响 28

4.5 改变少子寿命对电池性能的影响 29

4.6 改变发射结扩散深度对电池性能的影响 31

第五章 结论与展望 33

5.1结论 33

5.2 展望 33

参考文献 35

致谢 39

第一章 绪论

1.1 引言

一直以来，人类依赖的主要是储量有限的化石能源，并且化石能源也是容易对环境产生严重污染的一类能源。从十九世纪三十年代法国的Becquerel最先在液体电解液中发现光电效应到今天光伏电池成为能源市场中主流的一支。虽然硅材料光伏电池的首次出现是在20世纪60年代之前硅双极性器件刚刚开发出来的时候，但是光伏电池技术真正较快地发展起来的时期要到八九十年代交汇期。而到了现今，光伏电池的性能以及取得前所未有的进展，在理论研究和实验研究方面都是如此。现今单晶硅和多晶硅光伏电池的效率纪录已经达到27.6%和22.3%。今天的光伏市场中，P型单晶硅光伏电池依然是研究热点和发展走向。

为了获得最高的光电转换效率，硅材料本身要求较高的纯度和均匀度。与此同时，为了减少载流子的表面复合还要在表面进行适当的钝化来延长载流子的寿命。

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