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PC1D
PC1D
模拟软件的优缺点
PC1D
模拟软件具有如下优点
. 1)
对计算机软、硬件的要求都较低
,
能
够在个人电脑
(
只要
CPU
有内置算术协同处理器就行
)
上运行
,
无需
使用专用的服务器
.
PC1D5.0
版本是
32-bit
程序
,
运行环境要求是
Windows95/Windows NT
或以上的操作系统
.
现在的个人电脑
几乎都
能满足运行
PC1D
的要求
. 2)
采用对用户友好的
Windows
操作界面
,
简单、
< br>直观、
易于使用
.
例如
Parameter
视图界面左
边提供模拟参数
文档来自于网络搜索
列表
,
右边提供被模拟器件的结构图
,
当改
变参数设置时两者实时
提供视觉反馈
. 3)
可输出多种物理量的关系图
,
譬如载
流子浓度、
电流密度、产生与复合率、电势和场强等物理量与位置的关系曲线、
光照
I
-
V
特性及功率曲线、量子效率与反射率曲线等
,
这
对于全面分
析太阳电池的性能很有帮助
. 4)
更强大的模拟功能、更大的灵活性
和更宽的适用性
.
可以对最多
5
个区组成的太阳电池进行模拟
,
每
个区可使用不同的材料及参数设置
;
支持两次扩散
,
杂质分布可选
择均匀分布、指数分布、高斯分布、余误差函数分布或者直接使用实
测
杂质分布数据的外部文件
;
可以对电池前、
< br>后表面织构、
表面蒸镀
单层或多层减反射膜等陷光结构进
行模拟
,
可以设置光在电池内部
前、
后表面的反射特性
(
漫反射或镜面反射
及两次反射率的值
),
可以
使用实测
的电池表面反射率的外部文件
;
可以最多设置
< br>4
个二极管或
并联电阻这样的内部分流元等
. 5)
更准确的性能预测结果和更快的
收敛速度
.
经过
20
多年不断丰富和完善所使用的物理模型、
材料特性
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参数和数值模拟计算方法等
,
如今
PC1D
对太阳电池性能的模拟既快
又准
, <
/p>
特别是对晶体硅太阳电池的模拟具有极高的准确性和可靠性
.
文档来自于网络搜索
PC1D
模拟软件的缺点主要表现在
: 1) PC1D
没有包含反映氢化非晶
硅材料的特性参数和物理模型
,
因此不能对包含氢化非晶硅材料的太
阳电池进行模拟
; 2) PC1D
是一维模拟软件
,
决定了它不能对具有
文
档来自于网络搜索<
/p>
二
维
或
三
维
结
构
不
均
匀
性
的
太
阳
电
池
譬
如
BPC(backside
point
contact)
电池和
EWT
(emitter wrapthrough)
电池进行精细地数值模
< br>拟
.
当然
,
可使用等价结构或有效参数等方法把它们转化成一维器
件
,
然后利用
PC1D
对它们进行数
值模拟研究
.
文档来自于网络搜索
PC1D
模拟软件进行器件模拟的物理基础
PC1D
是通过求解太阳电池中电子和空穴在准一维传输时所
满足的如
下半导体基本方程进
行器件模拟的
.
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PC1D
利用有限元方法求解上述
3
个基本方
程
,
从而实现对太阳电池
的器件模拟<
/p>
.
具体做法如下
:
首先将厚度
L
的一维太阳电池分割<
/p>
(
或
离散
)
为
M
个单元
.
然后在每个长度单元内求解这
3
个基本方程
.
由于
< br>相邻单元在分割点
(
或节点
)<
/p>
位置上的
n
,
p
值相等
,
这样就把每
个长度单元上的
3
个基本方程联系
(
或耦合
< br>)
在一起
.
每个长度单元
内的光生载流子的产生率根据材料的光吸收特性和
AM1.5G
光谱计算
,
复
合
率
则
根
据
直
接
复
合
、
Auger
复
合
和
通
过
带<
/p>
隙
态
的
Scho
ckley-Read-Hall
复合的有关公式计算三者的和
.
除了上述方程
以外
,
每个边界处还存在
3
个分别以电中性
条件、
偏置电压和表面复
合为基础建立的方程
< br>,
因此
,
对于
M
个单元
,
总共有包含
3(
M
+1)
个变
量的
3(
M
+1)
个方程
. PC1D
软件使用迭代法求解这
3(
M
+1)
个完全耦合
非线性方程构成的方程组
.
通过人为给定初始条件
, PC1D
软件首先
对给定初始条件下的完全耦合非线性方程组求解
,
然后以本次
n
,
p
的解构造新的
n
,
p
,
再代入到完全耦合非线性方
程组
;
文
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档来自于网络搜索
通过重复这种数值迭代过程
,
直到所有方程都收敛（或达到自洽
),
这样就得到了太阳电池性能的数值模拟解
.
文档来自于网络搜
索
边界条件是求解微分方程的必要条件，
PC1D
模拟软件模拟太阳能电
池的三个边界条件如下
:
( a)
在电池表面无金属接触的位置，扩散和复合平衡，表
面钝化很
差时，表面少数载流子数目为
0;
( b)
和金属接触的位置，少数载流子立即复合消失，数目为
0;
( c)
在耗尽区电场作用下，耗尽区边界处的少数载流子数
目为
0
。
我们首先举一个具体的例子来说明
PC1D
的参数设置，
在后面再具体
介绍每一项的设置
（有些参数设置还不确定对不对，
可能理解上有点
偏
）：
文档来自于网络搜索
第一种结构：
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材料是单晶硅，
衬底为
P
型，
前端
N
型重掺杂，
N
型掺杂厚度为
0.1049u,
电池厚度为
200u
，其它具体参数如下：
文档来自于网络搜索
Device area 100 cm2
Front surface texture depth 3
μ
m
Exterior front
reflectance 5%
Facet angle
54
．
74
°
Base contact
8
．
07
×
10
－
3
Ω
Thickness 200
μ
m
P-type
background doping 1
．
513 e16
cm
－
3
1st front
diff N-type 2
．
87e20 cm
－
3
Emitter
junction depth 0
．
2999
μ
m
Bulk
recombination 13
．
6
μ
s
Front-surface
recombination
．
S model Sp =
25000
cm/s
文档来自于网
络搜索
Rear-surface
recombination
．
S model Sn =
1
×
106
cm/s
自于网络搜索
文档来
经计算：填充因子
=0.724
A
、
减反膜
厚度，电压电流会有细微变化，厚度增大，则电流和功率
会缓慢上升，另外一个与之对应
的参数是表面反射率，不同的
材料通过反射率来描述（具体材料的反射率还需要查资料）
，
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反射率越小，输出特性越好，所以找准材料比
较重要，材料的
反射率和减反膜厚度应该是对应的，有一个最佳匹配值；
文档来自
于网络搜索
B
、
接触端
的电阻和内部电导率对输出影响也比较大，这两个参数应
该电池厚度和掺杂浓度对应的，
具体对应关系还需要进一步学
习和计算；
PC1D
软件模拟过程中可以按照个人意愿更改，接
触电阻越大，输出电压电流越小，
电导越大，也使电压电流变
小；
文档来自于网络搜索
C
、
还有一些影响因素是体复合时间，时间长代表复合率低，对电池
的输出特性有较
大好处，我们应该想办法使复合率变低；
文档来自
于网络搜索<
/p>
D
、
电池的掺杂浓度也需要注意，比如这一个结构中所掺杂的浓度值
算是最
佳匹配了，
增加或者减小
N
型或者衬底
的掺杂浓度最终
都会使电池的输出电压电流变小，主要原因是浓度越高，材料
的晶格闪射震动等问题越严重，这对载流子的输运收集不利，
浓度低了激发
出的电子空穴又少，所以浓度匹配比较重要；
文档
来自于网络搜
索
在前面的结构上进行优化，增加一个铝背场
P +
层，
即：
1st rear diff:P-type,8e18(
根据
目前生产情况，一般都取这
个掺杂浓度），厚度为
5u
，
（
PC1D
里面没有
直观地将铝反映到
电池结构图中，而是根据几组方程计算一个数值，以数值的形
式代替实际的材料）
P +
层的厚度和浓度的
变化会对输出特性
有一定程度的影响，这个还没有进行模拟，得到：
文档来自于网络搜索
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和前面没有设置背电场相比，电流
增大了
0.35A
，电压增大了
0.0
113V
，功率增大了
0.191W
，
由此可见，增加一个背电场对
电池的性能有很大提高。
文档来自
于网络搜索
*
改变电池厚度输出电压
电流也跟着变化，这次模拟的是单晶硅太阳
能电池，改变中间层厚度应该不是之前所理解
的
I
层厚度，因为中间
层不是本征的，
单晶硅一般不说
PIN
结构的，
PIN
结构很多在多晶硅和
非晶硅电池里面出
现。
文档来自于网络搜索
PC1D
参数设置
1
、
front surface texture depth
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这个可以设置前后表
面的膜，首先在相应的项前面打钩，角度
一般设置为自然角度
5
4.74
，
至于厚度，
这个是一个可变
量，
根
据电池还有材料等等的不同会有不同的匹配值，至于具体
关系
我们还没有总结出来，还有一点就是我们弄不清楚怎样自己设
置膜材料，貌似软件里面没有这一项，但是很多电池的表面膜
材料都是可变的。
文档来自于网络搜索
2
、
surface charge
这
一项的设定得看表面有没有静电荷，表面富集电荷的话会引
起能带弯曲，没有就设成
neutra
，如果有静电荷的话就设成
c
harged
或者
barrier
，
charged
是把表面电荷密度当做一个常数，
而
barrier
是把表面电场当做常数，
我们前面的模拟中都是直接
设成
neutra<
/p>
的。
文档来自于网络搜索
3
、
exterior front reflectance enable
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