PC1D使用教程

booreen 2016-06-11

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简介

PC1D是Dr. Paul Basore 利用业余时间编写的。第一版于 1985 年问世，目前最新的版本为 5.9，发布方为新南威尔士大学。目前，该软件可以在网上免费下载到。而且为了方便中国的用户使用，有人对该软件进行了汉化，汉化版软件的最新版本是5.0。

软件安装

软件可以到网上免费下载，PC1D是免安装软件，下载后将文件解压缩，找到可执行程序“Pc1d.exe”双击打开可以使用了。程序界面如下图所示。

英文版和汉化版下载地址：http://pan.baidu.com/s/1cgG50i

第一章 PC1D使用教程

第一节 认识界面

PC1D软件打开后能够看到如图1所示界面，主要由菜单栏、工具栏和工作窗口三部分组成。菜单栏几乎包括了该软件的所有功能；工具栏集中了大部分常用工具按钮；工作窗口由5部分组成，分别是模型区（DEVICE）、材料性能区（REGIN1）、测试条件设置区（EXCITAION）、结果显示区（RESULT）和模型显示区（Device Schematic）。

图1 PC1D运行界面

第二节 PC1D参数介绍

1. Device

建立电池模型。使用PC1D模拟之前，需要提前建立好电池模型，与电池结构相关的参数都在这里设置。比如电池面积、绒面结构、减反射膜等。

1.1 Device Area

模拟的电池面积，单位支持cm²、mm²、um²。

1.2 Surface texture

绒面参数，分为前表面与后表面，常规工艺由于是双面制绒，所以前后表面都要勾选。如果是单面电池工艺，如背抛光电池，背面绒面就不用选择。由于PC1D只考虑了单晶的绒面结构，所以要求提供金字塔结构参数。

以下是无绒面、单绒面、双绒面的电池模型示意图：

理论上单晶硅片制绒后的金字塔的角度是 54.74°，金字塔高度为3um。

1.3 Surface Charge

表面电荷状态，同样也有前后表面之分。设置这个参数的原因是因为表面镀膜或外加电荷会表面硅片表面的电荷状态，如SiNx、SiOx、AlOx、a-Si膜都会影响硅片的表面电荷状态。为了方便讲解，我们这里选择Neutra（即No surface Charge）。

1.4 Reflectance

反射率参数设置。包括外反射（external Reflectance）和内反射（Internal optical reflectance）。

1.4.1 external Reflectance

外部反射率设置。包括前反射和背反射。外部反射，有三种模式可选：（1）固定反射率模式。（2）减反射膜模式。（3）外部文件导入。

固定反射率模式：指在整个波长范围内，反射率都是固定的值，使用这种模式模拟电池时，可以输入用D8反射仪测得的WAR%代替。

减反射膜模式： Broadband Reflectance是指表面遮挡所造成的反射，对于传统太阳能电池只要是指前表面的电极，电极遮光面积可以用金属面积除以电池片总面积得出（对于50um宽，150mm长，100根栅线的电池，反射率比例约为3.14%）。PC1D可以对最多三层膜进行模拟， inner layer（最内层）紧挨着硅片。注意，绒面反射率没有包括在这三层膜中。

外部文件导入：由于PC1D 的光学模拟模型比较简单，采用上面两种模式模拟的结果一般都不是很精确，建议读取实际测试出的反射数据，如可以将D8反射仪测的数据文导入软件中。

1.4.2 Internal optical reflectance

内部反射率设置。光进入硅片以后，在硅片内部也会发生反射。表面若是平整的，选 Specular（晶面反射）。除非是非常薄的硅片，这些参数对模拟结果影响不大。

1.5 Contact Definition

电极串联电阻相关参数设定。对于普通的太阳能电池，本质上是一个大面积二极管，没有集电极，所以只选中emitter(发射区)和base(基区)就可以了。

Internal series设置发射区和基区的接触电阻，类似于太阳能电池的Rs。这里不可以为 0，最小值为 1e-6ohms。Distance from front是各区距离前表面的距离，对于太阳能电池来说，发射极与前表面的距离为0um（即发射极电极在前表面），基区与前表面的距离为10000um,（基区在后表面）。

1.6 Internal Shunt Elements

内部并联电阻参数设计。PC1D可以添加四个并联元件，每个元件可以有三种形式：电阻、二极管、电容。选中“enable”和“conductor”后，左侧文本框输入并联电阻的电导值（电阻的倒数），右侧三个文本框用来指定电阻并联的位置，如果要使器件跨接在两根导线上，应将anode设置为0，cathode设置为电池厚度或大于电池厚度。下图是四个元件都启用的效果。

实际太阳能电池的等效电路图应如下图所示

说明: http://www./upload/2013-04/1304161052126519.jpg

仅考虑并联一个二极管和一个并联电阻的参数设置如下图所示

2. Region 1

材料性能参数设置。如衬底材料厚度、介电常数、禁带宽度、掺杂浓度等。

2.1 Thickness

设置电池厚度。目前主流电池厚度为160-220um。

2.2 Material

电池的半导体材料。双击在 Pc1d 目录下有常见的几种半导体材料（PC1D提供了5种常见半导体材料的参数文件）。读取文件后下面几行会有半导体材料的各种具体参数。一般情况不用更改。

下面是载入Si材料文件后的显示结果：

2.3 Background doping

整个半导体材料的基础参杂，可以改参杂浓度或者电阻率。然后 Pc1d 会自动算出迁移率以及扩散常数。

2.4 diffusion

扩散参数设置。扩散分为前表面扩散和后表面扩散，其中前表面。可以设置掺杂类型（N型或P型）、扩散峰值浓度、结深、峰值深度、结型等。另外，PC1D还给前后表面设置两次扩散。注意：PC1D可以根据输入的表面浓度、结深，自动算出方阻和结深，也可反过来计算；结型可以是均质结、指数结、高斯结和余误差结四种结型。

下图是前后表面都做一次扩散的电池模型，红色区域表示前面的掺杂类型为N型，深蓝色区域表示表面掺杂类型为P⁺型。

注意：与反射率参数设置相似，扩散参数的设置也可以调用外部文件完成设置，具体操作是菜单Device》Doping》front external……在弹出的对话框中找到数据文件（ECV测试数据）导入即可。

2.5 Bulk recombination

体复合参数设置。打开对话框，前三个参数为 R_SRH 复合公式中的三个变量（τ_n、τ_p、E_t）。在考虑俄歇复合和直接复合后（电子、空穴寿命默认值为1ms）PC1D 会计算出在低光照强度下的体载流子寿命（Net LLI Tau）和相应的扩散长度（Diffusion length）。实际使用时也可以先填写体载流子寿命Net LLI或扩散长度，反过来自动计算R_SRH的参数（如下图右所示）。

复合速率计算公式：

注意：体复合参数对电池片开压影响显著，同时对短路电流也有显著影响。

2.6 Surface recombination

表面复合速率设置。表面复合速率包括前后表面两个部分，设置方式与体复合设置相似，前三个参数为表面R_S复合公式中的三个变量（S_n、S_p、E_t）。考虑表面浓度后，PC1D 会算出低光照强度下的表面复合速率（Net LLI）和相应的暗电流。同样，也可以先填写体载流子寿命Net LLI或暗电流，反过来自动计算R_S的参数。