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铝背发射极n型太阳电池结构与工艺研究，硕士学位论文，共118页。
摘要
本论文详细论述了先进的晶体硅太阳电池多维数值模拟方法，从光学、半导体和电路三方面的性质入手分析各种参数对电池输出性能的影响，使用多物理场模拟软件Comsol的RF模块对Si/SiO2/Al结构进行了光学性质的模拟，并结合实验数据，对传统结构太阳电池的前栅线设计进行了模拟和参数优化。
第一章简单介绍了晶体硅太阳电池的器件物理和转换效率的限制因素，之后引出数值模拟的基本方法，研究现状以及在太阳电池研发中起到的重要作用。光学、半导体和电路性质是太阳电池密不可分的三个部分，这三方面的模拟也始终贯穿于本文。
第二章首次在国内建立了一套适用于商品化太阳电池全尺寸多维数值模拟的方法，研究了如何使用Sunrays，Sentaurus和Pspice来进行太阳电池及组件的模拟和参数优化。在这一领域和以往的模拟方法相比，该方法主要优点在于使用精确的半导体器件模拟软件Sentaurus来获取微单元的JV特征曲线，避免了使用双二极管模型的单纯电路模拟引起的误差；另外该方法可扩展至光伏组件性能的模拟。为了方便进行模拟，在本章作者还编写了三个模拟辅助工具，使我们可以在模拟程序中方便输入太阳电池和组件的各个参数。
第三章分析了影响模拟准确性的因素，指出了Sunrays模拟的光生载流子速
中山大学博士学位论文
II
率，ECV测试的扩散浓度曲线，栅线的有效遮光面积和扩散的不均匀性等方面都会对模拟的准确性产生影响。
模拟和实测反射率曲线的对比结果表明，Sunrays可较好地重现400 nm-1000 nm波段的金字塔绒面反射率曲线，但超过1000 nm的长波段拟合不好，为了寻求新的途径模拟电池背面的光学性质，第四章使用Comsol中基于求解Maxwell方程的RF module进行了尝试，模拟了Si/SiO2/Al结构的光学性质，分析了SiO2层的厚度、Al表面粗糙度等参数对反射率的影响。提出了一种在Comsol模拟中计算反射率的方法，结果表明使用这一方法模拟出的反射率和根据transfer matrix的理论计算值完全符合。
第五章对传统结构（n+pp+）太阳电池的前栅线设计进行了模拟和优化，研究了栅线间距、高宽比、接触电阻率和体电阻率等对电池效率的影响，并分析了丝网印刷种子层+光诱导电镀（LIP）的方法所具有的优点和局限性。模拟和实验的结果均表明在45 Ohm/sqr的扩散方阻下，通过丝网印刷100 μm宽23 μm高的Ag细栅，125125 mm2单晶硅电池效率可达17.82%。提高栅线高宽比在一定范围内可改善填充因子，提高效率，但当高度大于20 μm后贡献很小；LIP可有效地降低栅线串联电阻，提高填充因子，但丝网印刷+LIP的方法要求丝网印刷种子层的宽度最多不能超过100 μm。
综合全文，作者创新性的工作主要包括以下几点：
1. 通过Pspice电路模拟将微单元的JV特性扩展至整片商品化太阳电池或组件；
2. 编写了三套模拟辅助工具；
3. 利用Comsol建立了模拟多层介质膜光学性质的模型；
4. 系统分析了太阳电池前栅线的参数对太阳电池的影响。
关键词：晶体硅太阳电池；效率；数值模拟； 参数优化

目 录
摘 要 I
ABSTRACT III
目 录VI
第一章 绪 论 - 1 -
11 太阳电池工作原理和转换效率损失因素 - 1 -
111 太阳电池的工作原理和结构 - 1 -
112 转换效率的损失因素 - 3 -
12 数值模拟的意义、方法和应用 - 7 -
121 模拟的意义 - 7 -
122 太阳电池器件模拟的基本方法 - 7 -
123 太阳电池模拟的历史与应用现状 - 9 -
13 本论文的工作 - 11 -
第二章 全尺寸太阳电池-组件模拟方法的建立与应用 - 13 -
21 基本思路 - 13 -
22 模型实例与模拟过程 - 14 -
221 电池的基本参数 - 14 -
222 光学模拟 - 15 -
223 半导体器件模拟 - 16 -
224 电路模拟 - 32 -
225 扩展到组件的电路模拟 - 39 -
23 模拟辅助工具开发 - 41 -
231 SunraysConvexe - 42 -
232 dessis_templatexls - 43 -
233 circuit_templatexls - 45 -
24 本章小结 - 47 -
第三章 模拟准确性的影响因素分析 - 49 -
31 Sunrays 引起的误差 - 49 -
311 金字塔大小 - 49 -
312 背面反射 - 50 -
32 栅线的有效遮光面积 - 50 -
33 ECV profile的准确性 - 52 -
34 扩散的不均匀性和局部漏电 - 53 -
35 本章小节 - 55 -
第四章 Si/SiO2/Al背面结构的光学模拟 - 56 -
41引言 - 56 -
42 数值模型建立 - 57 -
43 模型的检验 - 58 -
44 Si/SiO2/Al 绒面结构的模拟 - 61 -
441 绒面结构的定义 - 61 -
442 建立模拟区域 - 62 -
443 选择波长 - 63 -
444 提取模拟结果 - 63 -
45 模拟结果分析与讨论 - 64 -
451 模拟分辨率/精度 - 64 -
452 散射特性 - 65 -
453 作为Sunrays输入的散射概率 - 66 -
46 本章结论 - 67 -
第五章 商品化太阳电池前电极的模拟与优化 - 69 -
51 引言 - 69 -
52商品化太阳电池的前栅线设计 - 69 -
521 模型的验证 - 69 -
522 栅线高宽比的影响 - 73 -
523 栅线其它参数的影响 - 75 -
524 丝网印刷+光诱导电镀的局限性 - 77 -
53本章小结 - 78 -
第六章 总 结 - 81 -
附录一 SunraysConvexe的程序代码（SunraysConvDlgcpp） - 82 -
附录二 Comsol RF module模拟Si/SiO2/Al反射率的代码（planarm） - 98 -
攻读博士学位期间主要研究成果 - 105 -
致 谢 - 106 -