PCD参数设置.doc

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、直观、易于使用. 例如Parameter 视图界面左边提供模拟参数 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、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, 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. 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 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. 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. 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. 具体做法如下: 首先将厚度L 的一维太阳电池分割(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. 由于相邻单元在分割点(或节点)位置上的n, p 和? 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)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 复合和通过带隙态的Schockley-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,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 和? 的解构造新的n, p 和? , 再代入到完全耦合非线性方程组; 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. 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）： 第一种结构： 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： Device area 100 cm2 Front surface texture depth 3 μm Exterior front reflectance 5% Facet angle 54． 74° Base contact 8． 07