第二章实例解说上一章对PC1D中常用的功能和参数做了介绍，这章用实例带领大家一步步完成电池模拟。常规单晶电池模拟本节以模拟156mm×15
6mm的单晶硅电池为例。1.Device1.1Devicearea：设置238.6cm2。1.2Surface
texture前后表面的Textured都选中，角度54.75度，高度3微米。1.3SurfacechargeFr
ont和rear的都选Neutral。（前表面沉积的SiNx会有一些固定电荷，会导致能带弯曲和减小前表面复合速率。对复
合速率的影响，在后面进行设置）1.4Frontexternal选中Coated，设置BroadbandReflectanc
e为3.14%。（BroadbandReflectance对应于前表面的金属电极遮光百分比，等于主栅线和所有副栅线的投影在硅
片表面的面积的和除以电池总表面积。就目前的工艺来看，印刷烧结后副栅线宽度一般在50~80微米，栅线根数80~100根。主栅线通常有
3根或4根。）减反射膜按双层膜设计：InnerLayerthickness10nm，index=2.3；MiddleLay
erthickness70nm，index=2.04。1.5Rearexternal非双面电池，测试条件没有背表面光源，
因此这里的数值不会影响结果，选择Fixed0%就可以。1.6Internalreflectance内部反射设置Front
surface首次反射设为75%，后续反射设为92%，前表面为金字塔绒面属于漫反射情况，故选中Diffuse。Rearsur
face首次反射设为69%，后续反射设为69%，对于这种全部铝背场的丝网印刷电池，前后表面不是剖光的，所以选中Diffuse。1.
7ContactdefinitionEmittercontact选中并设定0.0025Ω，距表面距离0微米；Bas
econtact选中并设定1e-6?，距表面距离10000微米。这里把所有的串联电阻都包含在Emittercont
act当中，如前表面主栅线busbar电阻、细栅线finger电阻、前表面银/硅的接触电阻、扩散层横向电阻、体电阻、后表面
铝/硅接触电阻以及铝的电阻，他们的总和设为0.0025Ω。如果Basecontact没有设置为1e-6或distance＜200
um，就会出现如下情况：Distance=200um，但是Internalseries＞1e-6Distance=100um（
小于200um）1.8Internalshunt设置并联电阻。第一栏勾选Enable，选择conductor，数值0.00
5S，anode：0um，cathode：200um（也可以设成10000um，这样的话以后修改了电池厚度，不用再回来修改此并联电
阻的链接位置。），Diodeideality=1，并联电导值设为0.005S（单位是西门子，等于电阻的倒数，即200Ω；并联电
阻有时用Ω/cm2表示，使用时要考虑电池片面积，如某电池并联电阻为1Ω/cm2，换算成单晶电池就是1Ω/cm2238.6cm2
=238.6Ω）。第二栏勾选Enable，选择diode，数值2.368e-7A，anode：200um（也可以设成1000
0um，这样的话以后修改了电池厚度，不用再回来修改此并联电阻的链接位置。），cathode：0um（二极管有正负极之分，对于太阳能
电池来说，等效并联二极管的正极应与太阳能电池的发射极相连；负极应与太阳能电池的基极相连），Diodeideality=2（理想因
子n=2代表二极管，主要是由边缘复合而形成的）。对于1cm2面积的二极管，暗电流约为1×10-9A/cm2，考虑面积后暗电流=
1×10-9A/cm2×236.48cm2=2.3648×10-7A。2.Region12.1Thickness厚度
设为180um。目前硅片厚度160-200um。2.2Material选择Si.mat文件。PC1D默认采用硅材料，因此
可以不用设置。2.3Backgrounddoping（衬底掺杂）勾选掺杂类型为p-type，Resistivity设为2
?.cm，PC1D将自动计算出对应的掺杂浓度为7.216×1015cm-3。同样的，如果设定掺杂浓度PC1D也会自动算出电阻率
。通常我们用的硅片是1-3?.cm。2.4Frontdiffusion（前表面扩散）勾选Enable、n-type，选中
Erfcprofile（余误差分布），peakdoping（峰值浓度）：2e20，depthfactor（结深因子）：0.
1198，此时PC1D将自动计算出对应方阻59.97?/sq，结深0.35um。PC1D进行模拟计算的时候，它不会考虑最高
掺杂浓度会像实际中一样影响到接触电阻以及表面复合速率，所以我们设置时只要保证方阻与结深正确即可。常规扩散工艺方阻范围一般在70-
100?/sq左右，结深一般在0.3-0.5um左右。模拟时选择Erfc形态或者Gaussian形态都可以，尽管他们
都不是很接近于实际用ECV或者SRA测出的浓度数据。（摘自李中天老师的教程）。前表面扩散参数设置后，将在器件前表面出现一红
色区域（N型扩散层）。2.5Reardiffusion（背面扩散）勾选Enable，选择p-type，Uniformp
rofile，peakdoping：3e18，depthfactor：8，PC1D自动计算出对应的方阻22.58?/sq
，结深8um。这里假设形成铝背场的铝浆没有加如入硼元素。由于铝背场的掺杂更接近于突变结的情况（如下图所示），所以选择Unifo
rmprofile把它近似成一个矩形更适合一些。（摘自李中天老师的教程）ECV测得的铝背场掺杂数据加入铝背场以后，我们可
以看到能带图中加入了一个high-lowjunction高低结，同时器件底部将出现一深蓝色区域，如下图所示：这个high-
lowjunction高低结可以增加Voc。并且由于存在背电场，电子作为少数载流子会更容易排斥回到硅内部而不到背表面复合，
减小了有效的复合速率，可同时提升Isc与Voc。注：有时候，为了模拟的方便或者觉得这样近似的背场不准确，也可以在PC1D
中不加入这个p-type背场，背场减小少数载流子复合的效果可以用有效背表面复合速率Seffective代替有铝背场效果的背表
面复合速率来解决（将2.8中NetLLI的数值调低至300-1000cm/s左右）。（摘自李中天老师的教程）2.6B
ulkrecombination（体复合）设定NetLLITau为200us（这里的少子寿命是指制成电池以后的），P
C1D将自动计算其余参数。单晶CZ的一般在80到400之间，多晶几十左右，由初始少子寿命以及吸杂，氢化等过程决定。（摘自
李中天老师的教程）2.7Frontsurfacerecombination（前表面复合）设定NetLLI为5e4cm
/s（其余参数自动计算出）。前表面复合速率由前表面金属/发射极接触的复合速率和氮化硅/发射极表面的复合速率共同决定。由于PC1D
是一维的模拟软件，所以这里只能根据这两个区域的面积比例取一个平均值。表面掺杂浓度的增高会增大这个数值。一般情况下，在1e4-5
e5cm/s这个范围内。（摘自李中天老师的教程）2.8Rearsurfacerecombination设定NetL
LI为5e5cm/s。如果不使用2.5中提到的模拟有效背表面复合速率的等效方法，这个数值就比较高，因为金属半导体界面的复合
速率可高达1×107cm/s。这个数值的确定一般是已知IQE数据，然后在PC1D中拟合曲线得到的。（摘自李中天老师的教程）
3.Excitation点击菜单Excitation>>Open，读取one-sun.exc文件（测QE时读取scan-
qe.exc文件）。选择ExcitationMode为Transient（瞬态），选择其他状态无法模拟出正常的开压电流值。4
Result4.1I-V曲线（one-sun.exc）如果在3中测试条件选择了one-sun.exc，那么点击菜单compute
》Run或者按下F5快捷键或者点击工具栏的按钮后，便可以看到运行结果，如下图所示：可以看到，由于PC1D的光学模拟的缺陷，短
路电流跟实际电池相比有一些偏低（电流正常应该在8.95A左右，对应短路电流密度37.5mA/cm2，这个缺陷可以通过读取已知的
反射文件解决），但是Voc和效率的模拟结果还是比较准确的。大家可以练习一下只改变一个参数例如表面复合速率，少子寿命，器件厚度等
等来看看它对输出各个参数的影响。（摘自李中天老师的教程）4.2QE曲线（one-sun.exc）如果在3中测试条件选择了QE.exc，那么点击菜单compute》Run或者按下F5快捷键或者点击工具栏的按钮后，便可以看到运行结果，如下图所示：本章结束，下章我们将学习批处理工具的运用。微信公众号：光伏圈扫码关注我们：第三章快速批处理这章学习各参数对电池性能的影响规律，练习批处理工具的使用方法。第四章结果分析学习模拟结果的不同呈现方式及分析方法。 |
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