太阳电池的主要研究方向是提高电池的光电转换效率，而光电转换效率及其性能参数受到电池材料参数、结构参数等的影响。因此，在探索优化太阳电池设计与制备工艺以提高光电转换效率的过程中，分析太阳电池的材料参数、结构参数等如何影响电池性能就显得十分重要。 本文主要研究了多种类型晶体硅太阳电池的数值模拟及应用，通过光生少数载流子连续性方程建立单晶硅结构太阳电池的物理模型，引进了有效迁移率和有效少子扩散长度的概念，并考虑多晶硅中晶界复合因素的影响，最终实现电池材料和结构参数在室温下对单晶硅、柱状多晶硅太阳电池的开路电压、短路电流、填充因子、转化效率、串并联电阻等电池性能指标影响的数值模拟。同时，我们也考察了...The aim of solar cell research is to improve solar photoelectric conversion efficiency, which is influenced by material parameter, structure parameter, and so on. Therefore, it’s important to discuss how these parameters influence solar photoelectric conversion efficiency. This study is dedicated to numerical simulation of crystalline silicon solar cells. A physical model of sc-Si solar cells ...学位：工学硕士院系专业：物理与机电工程学院机电工程系_测试计量技术及仪器学号：1992009115246

张寅博

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学校编码：10384                            分类号        密级           学号：19920091152462                                       UDC               _____________    硕  士  学  位  论  文  晶体硅太阳电池的数值模拟及应用  Numerical Simulation of Crystal Silicon Solar Cells   张寅博  指导教师姓名：程 翔 副教授               陈 朝 教授 专  业 名 称：测试计量技术及仪器 论文提交日期：2012 年 5 月 论文答辩时间：2012 年 6 月 学位授予日期：2012 年  月   答辩委员会主席：            评    阅    人：               厦门大学博硕士论文摘要库 2012 年 5 月                              厦门大学博硕士论文摘要库     厦门大学学位论文原创性声明 本人呈交的学位论文是本人在导师指导下,独立完成的研究成果。本人在论文写作中参考其他个人或集体已经发表的研究成果，均在文中以适当方式明确标明，并符合法律规范和《厦门大学研究生学术活动规范（试行）》。 另外，该学位论文为（              ）课题（组）的研究成果，获得（  ）课题（组）经费或实验室的资助，在（          ）实验室完成。（请在以上括号内填写课题或课题组负责人或实验室名称，未有此项声明内容的，可以不作特别声明。）  声明人（签名）：                                             年   月   日         厦门大学博硕士论文摘要库             厦门大学博硕士论文摘要库   厦门大学学位论文著作权使用声明 本人同意厦门大学根据《中华人民共和国学位条例暂行实施办法》等规定保留和使用此学位论文，并向主管部门或其指定机构送交学位论文（包括纸质版和电子版），允许学位论文进入厦门大学图书馆及其数据库被查阅、借阅。本人同意厦门大学将学位论文加入全国博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标题和摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。 本学位论文属于： （      ）1.经厦门大学保密委员会审查核定的保密学位论文，于    年  月  日解密，解密后适用上述授权。 （     ）2.不保密，适用上述授权。 （请在以上相应括号内打“√”或填上相应内容。保密学位论文应是已经厦门大学保密委员会审定过的学位论文，未经厦门大学保密委员会审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认为公开学位论文，均适用上述授权。）  声明人（签名）：                                               年   月   日 厦门大学博硕士论文摘要库                                      厦门大学博硕士论文摘要库      厦门大学博硕士论文摘要库摘 要   I摘 要  太阳电池的主要研究方向是提高电池的光电转换效率，而光电转换效率及其性能参数受到电池材料参数、结构参数等的影响。因此，在探索优化太阳电池设计与制备工艺以提高光电转换效率的过程中，分析太阳电池的材料参数、结构参数等如何影响电池性能就显得十分重要。 本文主要研究了多种类型晶体硅太阳电池的数值模拟及应用，通过光生少数载流子连续性方程建立单晶硅结构太阳电池的物理模型，引进了有效迁移率和有效少子扩散长度的概念，并考虑多晶硅中晶界复合因素的影响， 终实现电池材料和结构参数在室温下对单晶硅、柱状多晶硅太阳电池的开路电压、短路电流、填充因子、转化效率、串并联电阻等电池性能指标影响的数值模拟。同时，我们也考察了温度变化对于晶体硅太阳电池性能指标的影响情况。 在程序的实际应用中，模拟结果通过数值和图形两种方式输出。通过将模拟结果与实际实验结果作对比，发现它们趋势和数值相符，一定程度上验证了物理模型的正确性和模拟结构的准确性，为晶体硅太阳电池的设计与制备起到较好的指导作用。  关键词：数值模拟；晶体硅太阳电池；温度影响       厦门大学博硕士论文摘要库厦门大学博硕士论文摘要库Abstract    IIAbstract The aim of solar cell research is to improve solar photoelectric conversion efficiency, which is influenced by material parameter, structure parameter, and so on.  Therefore, it’s important to discuss how these parameters influence solar photoelectric conversion efficiency. This study is dedicated to numerical simulation of crystalline silicon solar cells. A physical model of sc-Si solar cells is built with photocarrier continuity equation and boundary equations. Effective mobility, effective minority carrier diffusion length and carrier recombination on crystal boundary of mc-Si are taken into account in the physical model of mc-Si solar cells. By this way, we can simulate and analyze the photovoltaic performances of crystalline silicon solar cells. And then, we also try to figure out temperature variation how to influence the photovoltaic performances.  In some case, we could analysis the results of numerical simulation of crystalline silicon solar cells by both numeral and graph. Pass the contrast, these results are quite close to experimental data. This study of simulation is a good guide for the design and production of crystalline silicon solar cells. Keywords: Crystalline silicon solar cells; Numerical simulation; Influence of temperature. 厦门大学博硕士论文摘要库厦门大学博硕士论文摘要库  目 录 摘 要 ............................................................................................................................................... I Abstract ......................................................................................................................................... II 第一章 绪 论 ............................................................................................................................... 1 1.1 研究背景 ........................................................................................................................ 1 1.1.1 光伏发电 ................................................................................................................. 1 1.1.2 硅太阳电池的发展历程 ......................................................................................... 1 1.1.3 我国光伏产业现状 ................................................................................................. 2 1.2 硅材料提纯方法 ........................................................................................................... 3 1.2.1 化学法提纯 ............................................................................................................. 5 1.2.2 物理冶金法提纯 ..................................................................................................... 6 1.2.3 两种方法的对比 ..................................................................................................... 7 1.3 本论文内容安排 ........................................................................................................... 9 参考文献 ................................................................................................................................ 9 第二章 基本物理模型 ............................................................................................................. 12 2.1 引言 ............................................................................................................................... 12 2.2 太阳电池工作原理 .................................................................................................... 12 2.3 太阳电池的主要性能参数 ...................................................................................... 14 2.3.1 短路电流 Isc .......................................................................................................... 14 2.3.2 开路电压 Voc .......................................................................................................... 14 2.3.3 填充因子 FF ......................................................................................................... 15 2.3.4 光电转换效率 η .................................................................................................. 15 2.4 晶体硅太阳电池模型 ............................................................................................... 15 2.4.1 单晶硅太阳电池 ................................................................................................... 15 2.4.2 多晶硅太阳电池 ................................................................................................... 17 2.5 小结 ............................................................................................................................... 18 参考文献 .............................................................................................................................. 18 第三章 太阳电池的数值模拟 ............................................................................................... 20 厦门大学博硕士论文摘要库  3.1 引言 ............................................................................................................................... 20 3.2 功能开发 ...................................................................................................................... 20 3.3 单晶硅太阳电池数值模拟 ...................................................................................... 22 3.3.1 解析模拟方法 ....................................................................................................... 22 3.3.2 程序结构 ............................................................................................................... 28 3.3.3 数值模拟的实现及界面 ....................................................................................... 29 3.4 多晶硅太阳电池数值模拟 ....................................................................................... 33 3.4.1 解析模拟方法 ....................................................................................................... 33 3.4.2 数值模拟的实现及界面 ....................................................................................... 34 3.5 P 型与 N 型太阳电池模拟的差异 .......................................................................... 37 3.6 有无背面场模拟的差异 ........................................................................................... 38 3.7 小结 ............................................................................................................................... 38 参考文献 .............................................................................................................................. 39 第四章 电池中温度因素的研究 ........................................................................................... 41 4.1 引言 ............................................................................................................................... 41 4.2 与温度相关的因素 .................................................................................................... 41 4.2.1 少数载流子迁移率 ............................................................................................... 41 4.2.2 吸收系数 ............................................................................................................... 42 4.2.3 串联电阻 ............................................................................................................... 43 4.2.4 本征载流子浓度 ................................................................................................... 44 4.2.5 其它因素 ............................................................................................................... 44 4.3 温度变化产生的影响 ............................................................................................... 44 4.3.1 温度变化的模拟 ................................................................................................... 44 4.3.2 结果与分析 ........................................................................................................... 45 4.4 小结 ............................................................................................................................... 47 参考文献 .............................................................................................................................. 47 第五章 数值模拟的应用 ......................................................................................................... 48 5.1 引言 ............................................................................................................................... 48 5.2 基区掺杂浓度对 P 型多晶硅太阳电池特性的影响 ......................................... 48 厦门大学博硕士论文摘要库  5.3 晶粒尺寸、晶界复合速率对电池效率的影响 .................................................. 50 5.4 多变量最优设计的探索 ........................................................................................... 51 5.5 小结 ................................................................................................................................ 54 参考文献 .............................................................................................................................. 54 第六章 总结与展望 .................................................................................................................. 55 6.1 总结 ................................................................................................................................ 55 6.2 展望 ................................................................................................................................ 56 硕士期间取得的成果 ............................................................................................................... 58 致   谢 ........................................................................................................................................ 59  厦门大学博硕士论文摘要库  厦门大学博硕士论文摘要库  Contents Abstract(in Chinese) .................................................................................................. Ⅰ Abstract ....................................................................................................................... Ⅱ Chapter 1 Introduction ................................................................................................ 1 1.1 Research background ..................................................................................... 1 1.1.1 Photovoltaic conversion .......................................................................... 1 1.1.2 The developing history of silicon solar cells .......................................... 1 1.1.3 The features of Chinese PV industry ...................................................... 2 1.2 Purification method of multicrystalline silicon ............................................ 3 1.2.1 Chemical method .................................................................................... 5 1.2.2 Physical metallurgical method ................................................................ 6 1.2.3 Contrast ................................................................................................... 7 1.3 Outline of this thesis ........................................................................................ 9 References .............................................................................................................. 9 Chapter 2 Basic physical model ................................................................................ 12 2.1 Introduction ................................................................................................... 12 2.2 Principle of silicon solar cells ....................................................................... 12 2.3 Performance parameter of solar cells ......................................................... 14 2.3.1 Short-circuit current .............................................................................. 14 2.3.2 Open-circuit voltage .............................................................................. 14 2.3.3 Fill factor ............................................................................................... 15 2.3.4 Conversion efficiency ........................................................................... 15 2.4 Physical model of crystalline-Si solar cells ................................................. 15 2.4.1 Sc-Si solar cells ..................................................................................... 15 2.4.2 Mc-Si solar cells ................................................................................... 17 2.5 Summary ........................................................................................................ 18 References ............................................................................................................ 18 厦门大学博硕士论文摘要库Degree papers are in the “Xiamen University Electronic Theses and Dissertations Database”. 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