单晶硅太阳能电池扩散工艺与电学特性仿真研究

【摘要】： 随着晶硅太阳能电池产业的迅速发展,在PC机上实现对单晶硅太阳能电池工艺仿真以及单晶硅太阳能电池器件电学特性的仿真分析,对于探索新工艺,工艺现场优化、指导工业生产具有重要的科学意义和应用价值。 本文构建了单晶硅太阳能电池模型,研究了单晶硅太阳能电池扩散工艺中各步序(氧化、预扩散与再分布)、p-n结特性的主要参数(结深与表面浓度)等对单晶硅太阳能电池电学特性的影响,在PC机上实现了单晶硅太阳能电池扩散工艺仿真以及单晶硅太阳能电池器件仿真,并对两种典型的单晶硅太阳能电池扩散工艺进行了仿真和优化,得到了最优结构与工艺的太阳能电池电学特性。 研究结果表明,采用扩散工艺条件1时单晶硅太阳能电池的开路电压为0.6215V,短路电流为3.545A,转换效率达到18.15%；工艺条件2时获得的开路电压为0.6208V,短路电流为3.489A,转换效率为17.88%。该结果与实验所测结果基本吻合,验证了仿真方法的正确性。 通过反复优化得到了最佳工艺参数。在此工艺参数下,单晶硅太阳能电池开路电压达0.622V,短路电流达3.545A,转换效率达到18.16%,且该工艺较原工艺条件1能缩短24分钟的扩散工艺时间,明显提高生产效率。优化后的具体工艺参数为： 氧化温度880℃,氧化时间10min,不携源N2流量20000ml/min,O2流量2000ml/min;预扩散温度880℃,预扩散时间19min,不携源N2流量2200ml/min,携源N2流量为2400ml/min,O2流量3000ml/min;再分布温度880℃,再分布时间8min,不携源N2流量20000ml/min,O2流量3000ml/min。 【关键词】：单晶硅太阳能电池 扩散 电学特性 PC1D与Suprem-4 仿真
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 太阳能与光伏利用8-11
• 1.2 晶硅太阳能电池的发展11-14
• 1.2.1 单晶硅太阳能电池的发展12-13
• 1.2.2 多晶硅太阳能电池的发展13-14
• 1.3 国内外太阳能光伏工艺仿真技术概述14-16
• 1.4 本论文的研究意义、目的及内容16-18
• 1.4.1 本论文的研究意义和目的16-17
• 1.4.2 本论文的主要研究工作17
• 1.4.3 本论文的研究方法17-18
• 第二章 单晶硅太阳能电池扩散技术18-35
• 2.1 硅中杂质扩散的基本方程18-24
• 2.1.1 扩散的基本原理18-20
• 2.1.2 非氧化情况下的扩散模型20-22
• 2.1.3 氧化表面情况下的扩散模型22-24
• 2.2 SiO_2的热氧化模型24-31
• 2.2.1 一维热氧化模型24-28
• 2.2.2 二维热氧化模型28-31
• 2.3 单晶硅太阳能电池扩散工艺31-34
• 2.3.1 液态源磷扩散31-33
• 2.3.2 扩散的基本参数33-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第三章 扩散工艺与电池特性仿真方案35-48
• 3.1 磷的扩散仿真模型35-37
• 3.2 工艺仿真软件Suprem437-38
• 3.3 扩散工艺仿真方案38-41
• 3.4 太阳电池仿真模型41-45
• 3.5 电池特性仿真软件PC1D45-46
• 3.6 电池特性仿真方案46-47
• 3.7 本章小结47-48
• 第四章 扩散工艺与电池特性仿真48-70
• 4.1 氧化工艺对p-n结特性的影响48-51
• 4.2 预扩散工艺对p-n结特性的影响51-53
• 4.3 再分布工艺对p-n结特性的影响53-55
• 4.4 电池特性与特征参数间的规律55-61
• 4.5 仿真优化61-69
• 4.6 本章小结69-70
• 第五章 结论70-72
• 参考文献72-77
• 致谢77-78
• 攻读学位期间主要的研究成果78

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