摘 要

迄今为止，时代的进步和科学技术的发展造成煤和石油等化石能源正遭遇枯竭的危机，因此人们开始关注起可再生能源的使用。在种种可再生能源中，由于太阳能的若干个优点，例如取之不尽，所以可选择太阳能作为一条应对能源枯竭危机的出路。本文研究的硅太阳能电池就是很好的体现。

本文先根据文献中的参数对硅太阳能电池进行结构设计和模拟仿真，得到一系列曲线，如能带图、量子效率曲线，根据曲线判断出太阳能电池结构不够好，需进行优化结构。接着从厚度和掺杂浓度入手优化硅太阳能电池结构，通过改变参数得到转换效率，并对转换效率升高或是降低做出解释。最终经过一系列的比较，获得本文最终的硅太阳能电池结构和转换效率。

关键词:硅太阳能电池 太阳能电池原理 厚度 掺杂浓度 效率

Simulation and research of silicon solar cells

Abstract

Up to now, the improvement of the times and the expansion of science and technology have given rise to fossil energy containing coal and oil confronting a depletion crisis, so humanity commence to take notice of the use of renewable energy. Among lots of renewable energy sources, because of the various advantages of solar energy, such as inexhaustible, so we can choose solar energy as a way to cope with energy depletion. The silicon solar cells studied in this paper are a wise example.

In this paper, based on the parameters in the literature, the structural design and simulation of silicon solar cells are carried out, and a series of curves, such as energy band diagram and quantum efficiency curve, are obtained. According to these curves, the solar cell structure is not good enough, and the structure needs to be optimized. Then I begin to optimize the structure of the silicon solar cell, starting with the thickness and doping concentration.After that I change the parameters and get the conversion efficiency.So I explain the increase or decrease of the conversion efficiency. Finally, after a series of comparisons, the final silicon solar energy structure and conversion efficiency of this paper are obtained.

Keywords: Silicon solar cell; Solar cell principle; Thickness ; Doping concentration; Efficiency

目 录

摘要…………………………………………………………………………………I

ABSTRACT………………………………………………………………………… II

第一章 绪论 1

1.1 硅太阳能电池的研究背景 1

1.2 硅太阳能电池的发展历史 2

1.2.1第一代太阳能电池的优缺点和发展历史 2

1.2.2第二代太阳能电池的优缺点和发展历史 3

1.2.3第三代太阳能电池的优缺点和发展历史 4

1.3 论文的研究内容 4

第二章 太阳能电池的基本理论 6

2.1 太阳辐射 6

2.2 太阳能电池的工作原理 7

2.3 太阳能电池的伏安特性曲线 8

第三章 硅太阳能电池结构设计 10

3.1 有限元法 10

3.2 电池结构及主要参数 10

3.3 电池结构相关曲线 12

3.3.1吸收系数 12

3.3.2暗态时伏安特性曲线与光照时的伏安特性曲线 13

3.3.3光谱响应度曲线 15

3.3.4量子效率曲线 15

3.3.5 能带图 16

3.4 总结 17

第四章 硅太阳能电池优化................................................................................................18

4.1 电池结构 18

4.2 优化n型发射区厚度 18

4.3 优化p型基区厚度 21

4.4 优化背场厚度 23

4.5 优化n型发射区掺杂浓度 25

4.6 优化p型基区掺杂浓度 28

4.7 优化背场掺杂浓度 30

4.8小结 32

第五章 总结与展望.................................................................................................................34

5.1总结 34

5.2展望 34

参考文献 35

致谢 38

第一章 绪论

• 1. 硅太阳能电池的研究背景

迄今为止，与日进步的时代文明和高速发展的经济科技造成我们对能源的需求在不断提高，消耗也随需求在提高，高需求、高消耗是因为能源是我们生存和发展的物质基础，生活和发展让我们无法离开能源。直到现在，我们最常用的能源依旧是化石能源，化石能源不仅有煤炭还有石油和天然气[25]。在平时的生活中，石油可用于交通工具，天然气可以被用来发电，煤炭可以用于建材和生活。可是这些能源是一次能源并不能再生，因此随着我们对能源的高需求不停地增高，化石能源迟早会有枯竭这个无法逃避的问题。除了化石能源有是一次能源不能再生的缺陷外，还有另一个重要原因，在使用化石能源的过程中，会产生二氧化碳、二氧化硫和粉尘[1,30]。正是这些有害的物质在摧毁我们大家赖以生存和发展的大家园地球，因为二氧化碳会致使温室效应产生，二氧化硫会引起酸雨，粉尘会导致雾霾。也正是因为我们正在遭遇环境被破坏和能源被消耗的双重危机，是以将目光移至开发利用可再生能源不失为是一种聪明的选择。在如此多的可再生能源中，太阳能便是一种很明智的选择，因为它有很多益处，优点如下，第一:它不像化石能源会面临枯竭的危机，因为它取之不尽，不可能会枯竭；第二:它依旧不像化石能源使用时会生成不利于环境的物质，原因是它在使用时零排放，且使用时不会像化石能源有爆炸的风险，非常安全；第三:它可以在世界的每个角落使用，由于只要有光照就肯定有太阳能的存在，这个理由能说明它没有地域的限制。

现在可以运用太阳能的主要手段除了是光热的利用便是光电的应用，所谓的光热利用指的就是我们先开始汇集太阳辐射放出的能量，接着将能量与物质放在一起开始相互反应，最后能量便会变换成我们需要的热能被我们利用。在我们日常生活中，就能找到光热利用体现最鲜明的物体，就是太阳能热水器，几乎家家都有，而且现在热水器的技术也在不断提高。技术提高能在使用过程中被体现出。

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