PC1D参数设置Word格式文档下载.docx
《PC1D参数设置Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《PC1D参数设置Word格式文档下载.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
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知足的如下半导体大体方程进
行器件模拟的.
PC1D利用有限元方式求解上述3个大体方程,从而实现对太阳电池的器件模拟.具体做法如下:
第一将厚度L的一维太阳电池分割（或离散）为M个单元.然后在每一个长度单元内求解这3个大体方程.由于相邻单元在分割点（或节点）位置上的n,p和值相等,如此就把每一个长度单元上的3个大体方程联系（或耦合）在一路.每一个长度单元内的光生载流子的产生率依照材料的光吸收特性和光谱计算,复合率那么依照直接复合、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.除上述方程之外,每一个边界处还存在3个别离以电中性条件、偏置电压和表面复合为基础成立的方程,因此,关于M个单元,总共有包括3（M+1）个变量的3（M+1）个方程.PC1D软件利用迭代法求解这3（M+1）个完全耦合非线性方程组成的方程组.通过人为给定初始条件,PC1D软件第一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进程,直到所有方程都收敛（或达到自洽）,如此就取得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，扩散和复合平稳，表面钝化很差时，表面少数载流子数量为0;
（b）和金属接触的位置，少数载流子当即复合消失，数量为0;
（c）在耗尽区电场作用下，耗尽区边界处的少数载流子数量为0。
咱们第一举一个具体的例子来讲明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信对不对，可能明白得上有点偏）：
第一种结构：
材料是单晶硅，衬底为P型，前端N型重搀杂，N型搀杂厚度为,电池厚度为200u，其它具体参数如下：
Devicearea100cm2
Frontsurfacetexturedepth3μm
Exteriorfrontreflectance5%
Facetangle54．74°
Basecontact8．07×
10－3Ω
Thickness200μm
P-typebackgrounddoping1．513e16cm－3
1stfrontdiffN-type2．87e20cm－3
Emitterjunctiondepth0．2999μm
Bulkrecombination13．6μs
Front-surfacerecombination．SmodelSp=25000cm/s
Rear-surfacerecombination．SmodelSn=1×
106cm/s
经计算：
填充因子=
A、减反膜厚度，电压电流会有细微转变，厚度增大，那么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），反射率越小，输出特性越好，因此找准材料比较重要，材料的反射率和减反膜厚度应该是对应的，有一个最正确匹配值；
B、接触端的电阻和内部电导率对输出阻碍也比较大，这两个参数应该电池厚度和搀杂浓度对应的，具体对应关系还需要进一步学习和计算；
PC1D软件模拟进程中能够依照个人意愿更改，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；
C、还有一些阻碍因素是体复合时刻，时刻长代表复合率低，对电池的输出特性有较大益处，咱们应该想方法使复合率变低；
D、电池的搀杂浓度也需要注意，比如这一个结构中所搀杂的浓度值算是最正确匹配了，增加或减小N型或衬底的搀杂浓度最终都会使电池的输出电压电流变小，要紧缘故是浓度越高，材料的晶格闪射震动等问题越严峻，这对载流子的输运搜集不利，浓度低了激发出的电子空穴又少，因此浓度匹配比较重要；
在前面的结构上进行优化，增加一个铝背场P+层，即：
1streardiff:
P-type,8e18（依照目前生产情形，一样都取那个搀杂浓度），厚度为5u，（PC1D里面没有直观地将铝反映到电池结构图中，而是依照几组方程计算一个数值，以数值的形式代替实际的材料）P+层的厚度和浓度的转变会对输出特性有必然程度的阻碍，那个尚未进行模拟，取得：
和前面没有设置背电场相较，电流增大了，电压增大了，功率增大了，由此可见，增加一个背电场对电池的性能有专门大提高。
*改变电池厚度输出电压电流也随着转变，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明白得的I层厚度，因为中间层不是本征的，单晶硅一样不说PIN结构的，PIN结构很多在多晶硅和非晶硅电池里面显现。
1、frontsurfacetexturedepth
那个能够设置前后表面的膜，第一在相应的项前面打钩，角度一样设置为自然角度，至于厚度，那个是一个可变量，依照电池还有材料等等的不同会有不同的匹配值，至于具体关系咱们尚未总结出来，还有一点确实是咱们弄不清楚如何自己设置膜材料，貌似软件里面没有这一项，可是很多电池的表面膜材料都是可变的。
2、surfacecharge
这一项的设定得看表面有无静电荷，表面富集电荷的话会引发能带弯曲，没有就设成neutra，若是有静电荷的话就设成charged或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，咱们前面的模拟中都是直接设成neutra的。
3、exteriorfrontreflectanceenable
那个对话框设置的是反射率，我感觉frontexternal应该是跟frontsurfacetexture有关系的，绒面的材料还有厚度有其相对应的反射率，因此目前有很多研究都是围绕减反膜进行的，减反膜的改良能是一个提高太阳能电池效率的专门好的研究方向，至于反射率的确信，就得查找绒面材料的特性参数了；
rearexternal咱们不设置，默以为0吧，那个以后仿真还需要查资料改良的；
还有确实是internalrefletcance咱们设置如下：
目前一样都是上面这组数据，咱们模拟时也是用这一组数据的。
5、emittercontactenable,basecontact,internalconductor
电路连接给出的对话框，用来设定器件的emitter、base、collector等部份的电极接触的位置。
那个地址的设置的位置，确实是相关于器件表面的距离，若是给出的值大于器件的总厚度，那么系统会自动以为电极接触的位置在器件的反面。
若是设定的接触位置在器件中间（不是表面和反面时）某一确信的位置，那么实际电极接触的位置相关于设定值会有一个较小的距离，这是为了使得此接触点处于有限元之间的某一节点位置。
缺省设置为：
emitter接触位置为0，base接触位置为10000um。
在同一个对话空中，也能够设定三种电极接触的internal串联电阻，为了数值计算的需要，串联电阻的值要高于1微欧姆。
串联电阻的值会阻碍器件的IV特性。
至于各个电阻值，那个跟搀杂浓度是有关系的，还跟器件的厚度有关系，至于具体关系式，尚未查到，只是一样都是超级小的值，零点几欧姆那样比较正常,若是设置的值过大，对输出特性阻碍超级明显，因此电池厚度的确信也是很重要的，依照体会能够总结出下面几点：
a、串联电阻=体电阻+方阻+接触电阻+电极电阻（包括发射极电阻和基极电阻）；
b、体电阻跟原材料有关；
c、方阻跟搀杂浓度有关；
下面介绍REGION这一块:
1、Thickness：
是每一层的厚度（因为具体器件有的不知一层，上面举的例子是一层的）；
2、
那个是材料选择，PC1D里面提供了多种半导体材料可供选择（只是具体如何添加新材料还不明白，尝试了几回都没有添加成功）只是选定材料后以下图的这些选项的参数都与选定材料是对应的，就比如是一个固定的模型，材料选定了其他各项特点参数也就确信了：
上面这些参数，比如禁带宽度什么的都是能够人为更改的
3、
这一项为哪一项设置衬底浓度和搀杂类型的，由于是一个N+PP+结构的电池，衬底浓度一样为那个值比较适合；
4、
这一项为哪一项设置前表面扩散的，看图可知能够做四种扩散，Peak是峰值搀杂浓度的位置，一样为0，那个地址默以为0了，depth是深度因子，若是是uniform那么就和结深相等了，其他几种搀杂是不等的；
另外能够做两次扩散，可是第二次扩散咱们试过很多次都没有成效，目前只会利用第一次扩散，厚度超级小，做重搀杂，相当于电极的作用（可是很多电池都是指定电极材料的，此刻尚未找到添加材料的要领，依照对目前的一些PC1D模拟论文的明白得，我感觉是每一个材料对少子复合率，散射率的阻碍不同，通过设置不同的少子复合，反射率等参数代表不同的材料）；
5、
那个是设置后表面扩散的，也能够做两次扩散，情形也和前表面的一样，之前看到的论文后表面重搀杂相当于一个埋层的作用，较前表面扩散要厚一点，上面的例子是属于一个铝背场，铝背场确实是在常规的电池反面增加一层P+层，P+区搀杂浓度大于衬底P区的搀杂浓度，P+/P高低结与常规的P-N结不同，中间没有一层很窄的高阻区，电压降落在一个较宽的区域内，铝背场关于太阳能电池效率的提高也是有专门大帮忙的，可是软件里也没有明确指出有铝材料，应该是有默许模型的，属于金属和半导体的欧姆接触，电子复合速度为1e6，从别的论文里也能总结出那个规律，一样像电极或是埋层等接触，并无明确指出材料，而是通过电子复合速度来表现是什么接触；
6、
这几项能够在随意点击三个中的一个，在弹出如下的表中设置即可：
里面的值都得依照搀杂情形去设定，只是指定材料后，扩散长度和少子寿命都会有一个范围的，在那个范围里也能够依照自己的意愿去设置更改，以方便比较少子扩散长度还有少子寿命对电池特性的阻碍关于少子扩散长度和电池厚度仍是有专门大关系的，电池厚度不该该大于少子扩散长度；
PC1D激发模块：
以上命令属于激发模块（EXCITATION）。
要紧负责设置太阳能电池的所处温度与所受光照等参数。
下面咱们具体说明每一个指令。
1.
激发模式
画面中第一个选项是equilibrium（均衡）。
选用后点击“OK”，面板上变成
。
第二个选项是SteadyState（平稳状态）。
此选项是面板的默许值。
第三个选项Transient（暂态）。
被选取该选项后有三个数值进入可调状态,如图：
Numberoftime表示刹时激发的次数。
Timestep表示每一次激发的历时。
Timestepat表示在何时激发。
2.
环境温度（默许300K）
第一个选项为kalvin（开尔文K），以单位K计算温度。
第二个选项为Celsius（摄氏度），以单位摄氏度计算温度。
3.
基极电路（默以为无）
Resistance为电阻，为别有“欧姆/平方厘米”和“欧姆”两种单位。
右边Steady和Transient表示稳态和暂态，但只有更改暂态时面板有转变，如图：
4.
集电极电流（默以为无）
设置方式与circuit相同
5.
光源照射（默以为无）
第一咱们看到两个选项卡，别离是Intensity（强度）和Spectrum（光谱）。
在Intensity选项卡下选择Enable，所有选项进入可调状态。
Source一栏对应Front和Rear操纵照射在前表面或后表面。
接下来的小框里是设置光能量的参数。
在Spectrum选项卡下，咱们看到
第一个选项Monochrome（单色光），Transientinitial初始波长，Transientfinal终止波长，代表该光的范围。
第二个选项BlackBody，Source一栏选取其默许值2000，WavelengthRange是波长区域Minimum和Maximum别离表示最小波长和最大波长。
升级会员 