【單結(jié)多晶硅薄膜太陽電池性能參數(shù)數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)1600字】

單結(jié)多晶硅薄膜太陽電池性能參數(shù)數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)夸汿OC\o"1-2"\h\u7200單結(jié)多晶硅薄膜太陽電池性能參數(shù)數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn) 14258一、研究內(nèi)容 14462二、研究方案 120738五、總結(jié) 3一、研究內(nèi)容2005年“可再生能源法”的正式頒布，激勵了我國太陽能產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，特尤其是光伏行業(yè)，可以想象在不久的將來，我國光伏工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展將進(jìn)入一個嶄新的歷史階段，2009年-2014年期間，由于政策的原因，我國太陽能電池產(chǎn)業(yè)迎來了發(fā)展的黃金期，尤其是在2010年更是迎到一個峰值，對比同年增長了約17%左右。但好景不長，在2012年的時候，由于一些因素影響，產(chǎn)量對比同年來說下降了不少。但在2013年，我國在太陽能電池的發(fā)展上加大力度，對比2012年增長了20%。產(chǎn)量約占世界太陽能電池總產(chǎn)量的62%，成為世界上最大的太陽能電池制造國。目前使用的p型多晶硅材料是摻硼或鎵的。晶片的厚度約為200微米，晶片可以是單晶硅材料或多晶硅材料。本研究理論計(jì)算了多晶硅薄膜中光生載流子的遷移率、復(fù)合率和俘獲電子濃度，建立了多晶硅薄膜太陽能電池的計(jì)算模型。以薄膜單結(jié)多晶硅電池的電流密度為模型，模擬了晶界缺陷態(tài)密度、晶粒尺寸和P/I邊界缺陷態(tài)密度對電流密度的影響。二、研究方案本研究根據(jù)多晶硅薄膜太陽能電池的幾何結(jié)構(gòu)、雜質(zhì)分布等基本條件準(zhǔn)確描述太陽能電池內(nèi)部電荷載流子的運(yùn)動狀態(tài)，采用泊松方程等基本物理方程進(jìn)行數(shù)學(xué)描述。有效遷移率：其中：備注：L表示晶粒尺寸，LGB晶粒高阻區(qū)寬度，qVb晶粒勢壘高度，q晶粒位壘高度。復(fù)合率：空穴陷獲濃度pt、電子陷獲濃度nt分別為：非平衡載流子復(fù)合率R為：光產(chǎn)生率：內(nèi)建電勢：內(nèi)建電勢Vbi由p層材料、n層材料的禁帶寬度以及摻雜濃度所決定，表達(dá)式如下：基本假設(shè)：（1）假設(shè)多晶硅薄膜的晶粒為具有相同尺寸和邊長L的規(guī)則立方結(jié)構(gòu)，并被晶界包圍。（2）雜質(zhì)摻雜為單一的N型(或P型)摻雜劑，NG摻雜劑均勻分布在每個晶粒中并完全電離。（3）NGB雜質(zhì)沿晶界偏析。它們都不是電激活的，不再影響傳導(dǎo)過程。（4）晶界厚度與晶粒長度（通常是幾個原子層）相比小到可以忽略不計(jì)。（5）當(dāng)沒有電荷載流子被俘獲時，晶界處的電子陷阱和空穴陷阱是電中性的。條件：電池單元表面反射率5%，背反射系數(shù)95%，電流系數(shù)的計(jì)算考慮了晶界缺陷態(tài)密度、粒徑和P/I缺陷態(tài)密度。三、實(shí)驗(yàn)工況正交表因素水平晶界缺陷態(tài)密度/(cm-3)A晶粒尺寸/(nm)BP/I界面缺陷態(tài)密度/(cm3*eV)-1C15*101610005*101522*10175001*101635*10171005*1016因素編號123電流系數(shù)ABC111135.22212134.15313131.20421234.90522233.65623230.80731333.80832333.20933330.20K1100.37103.72100.37K299.15100.899.15K396.891.896.8K133.5234.6433.52K233.1233.6733.12K332.430.7332.4極差1.133.921.13最優(yōu)方案A1B1C1四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果在晶粒尺寸為500nm的條件下，只有晶界缺陷密度<5xl017cm-3的多晶硅薄膜的器件質(zhì)量最好。多晶硅薄膜太陽能電池的性能隨著顆粒尺寸的增加而提高。只有粒徑大于500nm的多晶硅膜，在晶界缺陷態(tài)密度為5x1017cm-3的條件下，具有優(yōu)良的器件質(zhì)量。五、總結(jié)為解決日益嚴(yán)重的能源短缺和環(huán)境污染問題，不斷擴(kuò)大可再生能源的利用成為當(dāng)務(wù)之急。由于太陽能取之不盡，用之不竭，太陽能的利用成為近年來研究的熱點(diǎn)。太陽能電池利用陽光和材料的相互作用直接發(fā)電，不消耗燃料或水，并且在運(yùn)行過程中不排放包括二氧化碳在內(nèi)的氣體。它們是一種不污染環(huán)境的可再生能源。探索更高的轉(zhuǎn)換效率和更低的成本以及如何提高效率和性能是有意義的[1]。本研究根據(jù)多晶硅薄膜太陽能電池的幾何結(jié)構(gòu)、雜質(zhì)分布等基本條件，利用泊松方程等基本物理方程對多晶硅薄膜太陽能電池進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，并建立如下計(jì)算模型。在5x1017cm-3的條件下，只有晶粒尺寸大于500nm的多晶硅薄膜具有更好的器件質(zhì)量，而薄膜多晶硅太陽能電池的性能隨著晶粒尺寸的增大而提高[2]。這為未來改進(jìn)薄膜多晶硅太陽能電池的生產(chǎn)工藝提供了思路，并且有可能找到一種可以在低溫下高效生產(chǎn)多晶硅薄膜的生產(chǎn)方法，，多晶硅薄膜太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率大大提高[3]。參考文獻(xiàn)[1]趙明利.微晶硅(μc-Si:H)薄膜太陽電池的數(shù)值模擬[D].鄭州大學(xué),2009.[2]靳瑞敏.