摘 要

光伏太阳能电池是直接把太阳光转化为电能的装置。目前光伏系统使用的大多是以硅为基地的硅系太阳能电池。本论文对于太阳能电池的开发和实际利用进行了简要的解释说明，了解了太阳能电池的优点和未来的发展前景，以及对于怎样提高太阳能电池的转换效率的方法做了浅显的仿真及探讨。

介绍太阳能电池仿真软件wxAMPS，对其特性和参数的设置做了简要的介绍。在掌握其使用方法的同时，对太阳能电池的转换效率的影响因素进行了仿真分析，了解各因素对太阳能电池的输出特性的影响。

结合前人的实验数据和结果，本文进行了详细的分析并揭示微观背后的物理机制。通过分析单晶硅电池的pin结构中i层厚度的改变对电池的性能的影响，研究了硅系电池在不同温度下的器件响应，所用的wxAMPS软件模拟出的结果和实验数据的生成，结合origin软件所做出的图形的比较，清晰地显示出在不同条件下太阳能电池的曲线I-V图、效率图、短路电压和开路电压图。

论文最后对这一阶段的主要工作和获取的实验结果进行了总结，并展望了单晶硅太阳能电池的未来的发展及其方向。对比其仿真的数据和实验数据的结果，证明本文的单晶硅太阳能电池的仿真的正确性和可信性。

关键词：光伏太阳能电池，wxAMPS，影响因素，仿真

Abstract

Photovoltaic solar cells are devices that convert sunlight directly into electrical energy. At present, most of the photovoltaic system is based on silicon-based silicon solar cells. In this paper, the development and practical utilization of solar cells are briefly explained. The advantages and future prospects of solar cells are discussed, and how to improve the conversion efficiency of solar cells is simulated and discussed.

Introduce the solar cell simulation software wxAMPS, its characteristics and parameters of the settings made a brief introduction. At the same time, the influence factors of the conversion efficiency of solar cells were simulated and analyzed to understand the influence of various factors on the output characteristics of solar cells.

Combined with previous experimental data and results, this paper carried out a detailed analysis and reveal the physical mechanism behind the micro.By analyzing the effect of the change of the thickness of the i layer on the performance of the cell in the pin structure of the monocrystalline silicon cell, the response of the monocrystalline silicon at different temperatures and under different light conditions was studied. The results and experimental data of the wxAMPS software Generation, combined with the origin of the software made by the comparison of the graphics, clearly show under different conditions of the solar cell curve IV diagram, efficiency diagram, short circuit voltage and open circuit voltage diagram.

At the end of this paper, the main work of this stage and the experimental results are summarized, and the future development and direction of monocrystalline silicon solar cells are prospected.Compared with the results of the simulation data and experimental data, it is proved that the simulation of the monocrystalline silicon solar cell is correct and credible.

Keywords: photovo solar cell, wxAMPS, influencing factor, simulation

目录

第1章 绪论 1

1.1 太阳能的特点 1

1.2太阳能电池的分类 1

1.2.1对太阳能电池按材料的分类 2

1.2.2按太阳能的形态分类 3

1.3太阳能电池的优缺点 4

1.4太阳能电池的电学模型 5

1.4.1太阳能电池的基本工作原理 5

1.4.2太阳能电池的等效电路模型 5

1.5太阳能电池的主要技术参数 6

1.6太阳能电池的发展和应用前景 7

1.7论文的意义和主要内容 7

1.7.1研究的主要内容及目标 7

1.7.2拟采用的技术方案和措施 7

第2章太阳能电池仿真分析方法 9

2.1太阳能电池仿真软件的发展 9

2.2关于wxAMPS软件的介绍 10

2.3 wxAMPS的物理模型 11

2.4仿真数据处理过程 11

2.5本章小结 12

第3章 太阳能电池的影响因素与分析 13

3.1对于直接影响太阳能电池因素的分析 13

3.1.1短路电流 13

3.1.2开路电压 13

3.1.3温度对太阳能电池的影响 13

3.1.4其他的影响因素 14

3.1.5寄生电阻对太阳能电池的影响 14

3.2对于太阳能电池影响因素的分析 15

3.2.1禁带宽度对太阳能电池的影响 15

3.2.2少数载流子寿命对太阳能电池的影响 15

3.2.3复合速率对太阳能电池的影响 15

3.3负载对太阳能电池的影响 16

3.4本章小结 17

第4章 wxAMPS仿真分析 18

4.1温度对太阳能电池的影响 18

4.1.1原理分析 18

4.1.2温度的影响 18

4.2i层厚度对太阳能电池的影响 24

4.2.1模拟原理 24

4.2.2模拟结果分析 25

4.3p,n层厚度对太阳能电池的影响 28

4.3.1模拟原理 28

4.3.2模拟结果分析 28

4.4本章小结 31

第5章 全文与展望 33

5.1全文总结 33

5.2本文的主要内容 33

5.3结论与展望 33

参考文献 35

致谢 37

第1章 绪论

太阳能作为自然中的一次清洁能源，在全球气候变暖以及恶略的情况下受到的重视也越来越多，太阳能的利用也就成为了现代人们热门的研究领域，太阳能电池的开发也就越来越往多领域的方面发展。在将来的日常生活中，太阳能光伏发电将来会作为世界能源的主要形式，现在使用的化石能源不仅会被它替代，而且它的发展也将会成为世界能源供应的主要形式载体。

1.1 太阳能的特点

太阳能是指太阳内部爆发核聚变反应所产生的辐射能，而它的主要表现形式是太阳的光射线，取之不尽用之不竭。很久以前人们便已经用阳光晒干物件，制造食品等；到了当代，化石能源在日益减少的情形下，太阳能已成为人类可利用能源的主要组成部分，并在生活中获得了非常大的成长。

然而， 人类目前使用的化石能源，不仅因为过度使用而日趋减少，更是引起了严重的生态环境的问题。气候变暖则是我们面临的最严峻的问题，随着温度效应的的加剧，本世纪末气温会上升1.1-6.4摄氏度，跟让人们震惊的是，随着温室气体的排放及速度来看，气温的升高将会超出2摄氏度的生态警戒线，严重破坏我们赖以生存的生态环境。

太阳能是一种安全、洁净、可再生和来源广泛的纯净能源，是现在以及未来发展的能源战略领域之一。1954年美国贝尔实验室制造出了世界上第一块以单晶硅的材料制成的太阳能电池，实现了人类将太阳能转化为电能的美好愿望。作为洁净能源的太阳能电池技术发展日新月异，太阳能的工艺也在不断地更新。越来越多的国家意识到要想建立不危及人类后代的社会，要选用更多的清洁能源来代替现在赖以使用的的化石矿物能源^[1]。而我国又是世界上最大的成产及消费的国家，以煤炭为主要的消费结构不会快速的发生转变，酸雨和雾霾的污染也日益加剧，成为我国大气污染的主要来源。