用半导体模块分析硅太阳能电池设计

在分析半导体设备时，重要的是要考虑多种物理学影响其性能。半导体模块 - comsolMultiphysics®软件的附加产品 - 可以帮助您对这些复杂的设备进行建模。在这篇博客文章中，我们讨论了一个1D硅太阳能电池的新教程模型，该模型可与Comsol®软件的最新版本（版本5.3）一起使用。

太阳能电池的深远应用

太阳能或光伏电池用于应用，例如在房屋中为电池充电，甚至为航天器供电。例如，NASA的朱诺航天器由于其太阳能电池的性能，完成了木星的任务。太阳能电池生成的功率使Juno能够收集有关木星的新信息，从而帮助科学家了解了有关地球的更多信息。

朱诺（Juno），朱诺（Juno）是木星附近的太阳能航天器。

对于诸如Juno任务之类的应用程序，需要准确设计和分析所涉及的太阳能电池。特别是，工程师必须特别注意半导体材料。这太阳能电池中的半导体材料吸收光，最终转化为电。因此，了解这些太阳能电池中的半导体材料（例如硅（SI））如何进行准确分析其性能至关重要。

由硅太阳能电池组成的太阳能电池板。Lamiot的图像 - 自己的作品。获得许可CC BY-SA 3.0， 通过Wikimedia Commons。

半导体模块是分析这些设计并考虑所有相关物理效果的有效工具。为了更好地了解此附加产品中包含的功能，让我们探索SI太阳能单元1D教程，并发布了ComsolMultiphysics®版本5.3的新版本。

用半导体模块对硅太阳能电池进行建模

太阳能电池模型由1D SI P-N结组成，其中包括冲击式读取孔重组和载体的生成。通常，SI太阳能电池中的光载体被扫到P-N交界处的耗竭区域的每一侧。然后，我们可以通过在太阳能电池中施加小的正向偏置来提取电力。功率由施加电压和光电流的乘积给出。该模型的目的是在此正向偏置下预测SI太阳能电池的行为，并在0到0.6 V之间施加的电压。

让我们看一下硅P-N结，我们通过在N型Si晶圆的前表面进行P掺杂来形成。这种N型Si晶片是通过均匀的散装n掺杂创建的。通过使用几何掺杂模型功能和分析掺杂模型特征分别。我们使用一个掺杂曲线的边界选择定义表面的节点并添加两个金属接触指定正面和后表面之间的电气连接的功能。

1D SI太阳能电池模型。

我们通过通过The Shockley-Read-Read Repombination模型来解释主要的重组效果陷阱辅助重组特征。为了简化此模型，我们添加了一个任意用户定义的表达式，以表示用用户定义的一代特征。通过这样做，我们可以避免对光伏效应的载体生成机制进行详细的建模。

还可以添加复杂的表达式以使该模型更高级。例如，我们可以将其与射线光学仿真相结合，以计算SI太阳能电池在特定日期和位置的性能，如带射线光学的Si太阳能电池演示应用程序。

接下来，让我们讨论模型的结果。

评估ComsolMultiphysics®中SI太阳能电池的性能

第一个图比较了在太阳能电池前表面下方最多10μm的供体和受体浓度。如下所示，尽管供体浓度保持不变，但受体浓度急剧降低。为了避免意外设置错误，最好检查模型的掺杂配置文件。

比较供体和受体浓度。

我们还可以研究整个细胞厚度的冲击式阅读奖励重组率和用户定义的照片生成率。下面的半核图显示，如预期的那样，单个指数函数的用户定义表达式是一条直线。

比较冲击式读取厅的重组率和用户定义的生成率。

最后，我们绘制太阳能电池的I-V和P-V曲线。这使我们能够可视化一些单元格的基本操作参数，包括最大功率（〜6.8 mW），短路电流（〜14 mA）和开路电压（〜0.57 V）。该模型生成的IV和PV曲线都与典型太阳能电池的曲线匹配，有助于验证半导体模块的准确性。

太阳能电池的I-V曲线（左）和P-V曲线（右）。

我们在这里讨论的教程模型只是我们如何使用半导体模块的一个示例。通过单击下面的按钮，使用分步说明自己尝试并运行模拟。

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