【《SiGe材料助力太陽能電池效率提升：p-i-n結(jié)構(gòu)的仿真研究（論文）》11000字】

SiGe材料助力太陽能電池效率提升：p-i-n結(jié)構(gòu)的仿真研究摘要：隨著綠色能源建設(shè)和國家“碳中和”目標(biāo)的落實(shí)。占據(jù)電力供應(yīng)大頭的火力發(fā)電有被核能、風(fēng)能、太陽能等新能源取代的趨勢(shì)。加上疫情后各國競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)明顯，太陽能以其更強(qiáng)的地理適應(yīng)能力，更小的投入需求，更靈活的獨(dú)立組網(wǎng)能力，在多種新能源中脫穎而出。其未來市場(chǎng)需求潛力巨大。然而，目前制約太陽能發(fā)展的主要因素是投入產(chǎn)出比。其中最主要的是太陽能的轉(zhuǎn)化效率。本論文通過對(duì)傳統(tǒng)Si太陽能電池的原理進(jìn)行剖析。并在此基礎(chǔ)上論證一種新型，即以硅鍺材料作為本體器件模擬仿真軟件對(duì)基本型和改進(jìn)型兩種太陽能電池進(jìn)行仿真模擬。得出反映太陽能電池轉(zhuǎn)化效關(guān)鍵詞：太陽能電池；SiGe;p-i-n;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；轉(zhuǎn)化效率1緒論由于資本對(duì)于高轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品柔性的追逐。目前在太陽能電池領(lǐng)域，鈣鈦礦和有機(jī)光伏材料的研究正處于前沿。然而，以硅作為基底的硅鍺材料可以根據(jù)光譜吸收率調(diào)節(jié)帶隙以達(dá)到較高的光吸收系數(shù)，而且SiGe材料具有優(yōu)秀的抗輻射能力。1使其在超高低緯度和太空環(huán)境下具有良好的適應(yīng)使用壽命長，可靠性好，建設(shè)成本低，綠色環(huán)保，能夠獨(dú)立組網(wǎng)供電是太陽能電池的優(yōu)點(diǎn)。較低的轉(zhuǎn)化效率作為太陽能電池應(yīng)用領(lǐng)域的短板正逐漸凸顯。本課題主要研究如何通過優(yōu)化太陽能電電場(chǎng)寬度。使其在提升太陽能電池轉(zhuǎn)換效率方面有著重要的意義。同時(shí)對(duì)其他材料的半導(dǎo)體太陽能本畢業(yè)設(shè)計(jì)首先通過查閱文獻(xiàn)選擇其中比較有代表性的太陽能電池結(jié)構(gòu)從理論層面對(duì)其進(jìn)行比較分析。然后利用TCAD(TechnologyComputerAidedDesign)即電子技術(shù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。利用其過程仿真和器件仿真軟件來達(dá)到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的目的。從中可以推知通過比較基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和改進(jìn)結(jié)構(gòu)后的不同太陽能電池的參數(shù)及轉(zhuǎn)換效率來確定太陽能電池的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)并進(jìn)行優(yōu)化。通過比較給出優(yōu)化方2.半導(dǎo)體太陽能電池原理在微觀尺度下，能量不像在宏觀尺度下一樣可以連續(xù)取值。電子在統(tǒng)計(jì)學(xué)上成為可以導(dǎo)電的自由電子所在能級(jí)的最小值作為上邊界(李佳慧，王家豪，2021)。電子在統(tǒng)計(jì)學(xué)上可以認(rèn)為其被原子所束縛所具有能量的最大值作為下邊界。從這些觀察中可以看出這樣上下邊界所組成的能量帶稱作禁帶，其所跨越的能級(jí)大小即是禁帶寬度。2]電子若想通過本征躍遷從價(jià)帶進(jìn)入導(dǎo)帶則必須獲得大于其中Eg為禁帶寬度。λc為截止波長。從公式(2-1-2)2中可以得到禁帶寬度與截止波長呈反比例由半導(dǎo)體材料作為主要材料的太陽能電池中的內(nèi)建電場(chǎng)專指由P型摻雜的半導(dǎo)體材料和N型摻雜的半導(dǎo)體材料相互在接觸面發(fā)生接觸時(shí)在其接觸面及其附近產(chǎn)生的具有一定空間的電場(chǎng)。如圖2-1所示，在PN結(jié)的接觸面附近，N型材料中的自由電子隨擴(kuò)散作用進(jìn)入P型材料(沈思遠(yuǎn)，高婉婷，2022)。這個(gè)過程使原本呈電中性的N型材料由于失去其外層自由電子而帶正電荷，同時(shí)P型材料由于失去空穴，而使其由呈電中性轉(zhuǎn)變?yōu)閹ж?fù)電荷。于這種狀況之中這樣在兩種分別帶正負(fù)電荷的p-n結(jié)附近的兩種半導(dǎo)體材料之間就產(chǎn)生了一個(gè)電場(chǎng)方向由N型摻雜區(qū)指向P型摻雜區(qū)的電場(chǎng)，即內(nèi)建2.3光生伏特效應(yīng)光生伏特效應(yīng)于1839年由法國物理學(xué)家EdmondBecquerel首先發(fā)現(xiàn)。13光生伏特效應(yīng)簡(jiǎn)稱光伏效應(yīng)，是現(xiàn)代太陽能電池的基本工作原理。3]半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)是Si太陽能電池的理論基礎(chǔ)。如圖2-2所示，在這類情況下當(dāng)一束日光照射到太陽能半導(dǎo)體器件上時(shí)，大量攜帶能量的光子會(huì)將部分能量以一種形式轉(zhuǎn)移給電子(陸浩然，程雅琳，2023)。當(dāng)電子從那部分光子中獲得的能量大于光伏材料的禁帶寬度時(shí)電子就會(huì)從其原子本身的價(jià)帶躍遷到此原子本身的導(dǎo)帶成為這個(gè)原子的自由電子(蔣軒，許雨薇，2020)。與此同時(shí)，基于此類狀況處在此半導(dǎo)體光伏材料中的內(nèi)建電場(chǎng)區(qū)域被激發(fā)的電子在其產(chǎn)生的電場(chǎng)力的作用下沿著電場(chǎng)線的反方向受電場(chǎng)力而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，本文深刻體會(huì)到，跨學(xué)科合作是推動(dòng)科學(xué)創(chuàng)新與技術(shù)躍升的重要推手，其實(shí)現(xiàn)絕非一朝一夕之功。它要求各學(xué)科的研究者與學(xué)者不僅需具備深厚的專業(yè)功底與廣闊的學(xué)術(shù)視野，還需擁有開放的心態(tài)與合作的意愿，勇于跨越學(xué)科界限，攜手踏入未知領(lǐng)域的探索之路。此外，為保障跨學(xué)科合作的順利進(jìn)行與高效實(shí)施，還需建立一套有效的合作機(jī)制與平臺(tái)，為參與者提供資源保障、信息共享與溝通渠道。這個(gè)過程表現(xiàn)為自由電子在N型區(qū)的尾端聚集。同理，空穴在其產(chǎn)生的電場(chǎng)力的作用下沿著電場(chǎng)線方向受電場(chǎng)力而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)(馮梓豪，趙夢(mèng)瑤，2021)。在這特定條件下表現(xiàn)為空穴在P型半導(dǎo)體摻雜區(qū)的尾端聚集。這樣就使P型半導(dǎo)體摻雜區(qū)尾端帶正電荷，N型半導(dǎo)體摻雜區(qū)尾端帶負(fù)電荷，宏觀上在p-n結(jié)的兩端形成了一定的電勢(shì)差，這就是光生伏打效應(yīng)。如果將這塊帶有一定電勢(shì)差的半導(dǎo)體材料按一定規(guī)格進(jìn)行串并聯(lián)，就會(huì)組成具有一定電壓和電流的電池(程嘉琪，陳梓萱，2022)。3太陽能電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3-1中所示，一個(gè)基本的太陽能電池結(jié)構(gòu)由上部電極、增透膜、N型區(qū)、P型區(qū)和下部電極構(gòu)成。下部電極一般由大面積的金屬構(gòu)成，這樣能夠與基區(qū)充分接觸形成歐姆接觸從而減小串聯(lián)電阻(丁俊豪，李雅琳，2019)。而上部電極由于其所使用的材料透光能力差，在這條件下討論所以不得下部電不犧牲部分接觸面，退而采用網(wǎng)格式布局，從而讓更多的陽光得到吸收。上述總結(jié)與本研究預(yù)設(shè)的理論體系相吻合，這在一定程度上證明了本研究方向的正確性和意義所在。該理論體系為整個(gè)研究提供了穩(wěn)固的理論支撐，而結(jié)論與其的一致性不僅展示了研究方法的嚴(yán)謹(jǐn)程度，也驗(yàn)證了研究預(yù)設(shè)在實(shí)證分析中的可行性。通過系統(tǒng)地收集和深入分析相關(guān)數(shù)據(jù)，本研究在特定范圍內(nèi)提出了創(chuàng)新性的觀點(diǎn)，為同行專家及實(shí)踐者提供了有益的參考和思路。同時(shí)，結(jié)論的可靠性源于科學(xué)的研究設(shè)計(jì)和嚴(yán)格的研究操作流程，為后續(xù)研究提供了有價(jià)值的參考。增透膜的主要功能是降低日光在光伏半導(dǎo)體材料表面附近的反射損耗。[4N型區(qū)或者P型區(qū)一般迎著陽光一側(cè)為表面層，厚度較為淺。背光一側(cè)厚度較深，作為基區(qū)(錢梓軒，羅雅怡，2023)。上述各部分組合在一起就構(gòu)成了一個(gè)基本的Si半導(dǎo)體太陽能電池。不過這個(gè)Si半導(dǎo)體太陽能電池所能提供的電流和電壓很小，因應(yīng)這局勢(shì)而定需要再將大量相同結(jié)構(gòu)的單元通過電路串聯(lián)和并聯(lián)，構(gòu)成一個(gè)具有足夠開路電壓和短路電流大小的太陽能電池組。進(jìn)一步，若干太陽能電池組又可以組成太陽能電池陣列，甚至構(gòu)成太陽能電池系統(tǒng)(魏太陽能電池設(shè)計(jì)的根本目標(biāo)主要是兩點(diǎn)，第一點(diǎn)是能夠完全地實(shí)現(xiàn)一個(gè)太陽能電池所具有的基本功能，即將部分光能通過太陽能電池來轉(zhuǎn)換為可以被直接利用的電能；第二點(diǎn)是具有盡可能高的太陽能-電能轉(zhuǎn)換效率(趙嘉琪，林婉兒，2021)。由這些表現(xiàn)可以推知大概由前文所述的太陽能電池基本原理知，太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率主要由光伏器件的禁帶寬度和內(nèi)建電場(chǎng)大小決定。然而禁帶寬度和內(nèi)建電場(chǎng)大小受到光伏器件本身物理特性的制約，在基本結(jié)構(gòu)和確定材料條件下，很難隨意改變(陳梓豪，唐夢(mèng)瑤，2022)。所以，鑒于此類條件特征可以推知其可能后果要滿足太陽能電池設(shè)計(jì)的兩點(diǎn)根本要求，就需要在基本太陽能電池結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過材料、結(jié)構(gòu)的改良來提升太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。從而滿足第二個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)。3.3太陽能電池結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案p-i-n型結(jié)構(gòu)主要依靠?jī)?nèi)建電場(chǎng)的漂移作用來聚集光生載流子。而p-n型結(jié)構(gòu)則更多地是依靠少數(shù)載流子的擴(kuò)散作用。5]p-i-n型結(jié)構(gòu)與p-n型結(jié)構(gòu)最大的不同就是多了一個(gè)i型層。而這層i型層的質(zhì)量、深度和材料特性決定了整個(gè)太陽能電池結(jié)構(gòu)中內(nèi)建電場(chǎng)的強(qiáng)度和大小。由此可知一般來說，i型層的最低電場(chǎng)強(qiáng)度都在10?V/cm以上。6另一方面，p-i-n型結(jié)構(gòu)太陽能電池的上層必須足夠薄才能讓太陽光穿過上部參雜層達(dá)到i型層(周嘉偉，孫雨琳，2019)。所以上部參雜層少子就只有較短的擴(kuò)散空間。為了使上部參雜層盡可能地少吸收光子，從中可以推知就必須選用禁帶寬度較大的材料作為上層參雜材料。這樣組成的p-i-n型結(jié)構(gòu)才能獲得更大的能量轉(zhuǎn)換效率。內(nèi)建電場(chǎng)的強(qiáng)弱除了受i型層的深度影響以外還受到層內(nèi)缺陷態(tài)密度影響。這就需要選擇合適的i型層材料來使太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率進(jìn)一步得到提高(吳思遠(yuǎn)，張工萱，2023)。這些新的發(fā)現(xiàn)或額外信息顯著提升了本文對(duì)研究對(duì)象本質(zhì)及其規(guī)律的理解深度，使本文對(duì)其內(nèi)在機(jī)制有了更為周全且深入的把握，為隨后的科學(xué)研究、技術(shù)革新、政策制定或教育實(shí)踐等領(lǐng)域開啟了新的探索之旅。它們?yōu)檠芯空咛峁┝诵路f的思考角度，激發(fā)了豐富的探索動(dòng)力與研究方向，推動(dòng)了相關(guān)領(lǐng)域的不斷進(jìn)步與發(fā)展。同時(shí)，這些新發(fā)現(xiàn)也為實(shí)踐者提供了更為具體且實(shí)用的指導(dǎo)策略，幫助他們更有效地應(yīng)對(duì)實(shí)際挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)了理論與對(duì)于本征材料的選擇主要決定光伏器件的禁帶寬度。在光照強(qiáng)度、入射角度、環(huán)境溫度等其他條件一定的情況下，日光光譜中光子所攜帶的能量大于禁帶寬度的光子及其所攜帶的能量才能被太被吸收轉(zhuǎn)換。然而太陽能電池的禁帶寬度需要滿足一定范圍。被吸收轉(zhuǎn)化的光子中，其中能量大于禁帶寬度的部分能量是以熱能的形式浪費(fèi)。所以并不是禁帶寬度越小轉(zhuǎn)換效率越高。于這種狀況之根據(jù)對(duì)SiGe和SiC分別作為本征層材料的多層太陽能電池效率表現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示(王梓軒，李夢(mèng)琪，料有較大的優(yōu)勢(shì)(劉和琪，趙雨萱，2022)。Al電極圖3-2Si太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)圖圖3-3p-i-n型SiGe太陽能電池結(jié)構(gòu)圖層和Al電極層構(gòu)成。在這類情況下其中ITO池的基本結(jié)構(gòu)和p-i-n型SiGe太陽能電池結(jié)構(gòu)的最大區(qū)了驗(yàn)證這兩種太陽能電池結(jié)構(gòu)能量轉(zhuǎn)換效率的差異，基于此類狀況在兩個(gè)電極以及P型層和N型層4器件仿真驗(yàn)證半導(dǎo)體器件仿真就是借助計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，通過器件仿真工具軟件模擬半導(dǎo)體器件包括電磁特性在內(nèi)的各種物理參數(shù)，對(duì)影響器件的外部物理特性進(jìn)行仿真處理。將半導(dǎo)體器件虛擬為數(shù)字算法(黃子得，陶夢(mèng)瑤，2020)。依托計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)計(jì)算和指針和尋址功能，在這特定條件下可以通過仿真軟件中集成的龐雜的算法和指令來對(duì)半導(dǎo)體材料的生成、淀積、刻蝕、注入、擴(kuò)散、氧化等物理過程進(jìn)行仿真。并且能夠做到在這個(gè)過程中，對(duì)環(huán)境中的氣體氛圍、壓力和溫度等輸入條件進(jìn)行模擬、控制和修改(孫嘉琪，胡雨萱，2021)。通過工藝仿真TCAD軟件輸出得到器件結(jié)構(gòu).str文件再通過Atlas器件仿真軟件進(jìn)行仿真，最后得到一系列半導(dǎo)體器件的目標(biāo)特性圖表和參數(shù)。在這條件下討論根據(jù)這些仿真數(shù)據(jù)和結(jié)果，可以對(duì)器件進(jìn)行初步的驗(yàn)證(許嘉偉，高雅琳，2022)。本文有效地整合了各領(lǐng)域的知識(shí)與技術(shù)資源，共同面對(duì)科學(xué)挑戰(zhàn)，推動(dòng)相關(guān)研究躍升至新的階段。通過跨學(xué)科的互動(dòng)與合作，本文不僅匯聚了多元的思維模式和方法論，還實(shí)現(xiàn)了技術(shù)與理論的深度整合，為復(fù)雜科學(xué)問題的破解提供了創(chuàng)新性的途徑。這種綜合性的研究方式不僅促進(jìn)了學(xué)科間的交融共生，也為相關(guān)領(lǐng)域的理論構(gòu)建和實(shí)踐應(yīng)用開拓了新的空間。仿真結(jié)果與真實(shí)結(jié)果的差距取決于器件仿真軟件的功能、計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力和其數(shù)據(jù)庫的準(zhǔn)確性。一般通過器件仿真得到的結(jié)果與真實(shí)結(jié)果均在誤差所允許的范圍內(nèi)。9]Silvaco旗下的TCAD仿真軟件采用的是語句式的程序結(jié)構(gòu)。這款半導(dǎo)體器件仿真軟件減少了半導(dǎo)體開發(fā)過程的成本。這里的成本既包括時(shí)間成本也包括資金成本。電子技術(shù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)還可以將器件內(nèi)部的物理過程可視化(韓俊豪，李夢(mèng)婷，2019)。因應(yīng)這局勢(shì)而定其內(nèi)部的物理過程和過程中的絕大部分參數(shù)都是可以控制的。這就意味著可以利用參數(shù)和變量進(jìn)行過程實(shí)驗(yàn)并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改和優(yōu)化。整個(gè)仿真流程將龐雜昂貴的半導(dǎo)體器件制造過程完全再現(xiàn)并加以簡(jiǎn)化(張偉杰，李曉萱，2020)。如圖4-1首先要對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行定義。定義網(wǎng)格即是對(duì)器件進(jìn)行數(shù)據(jù)化的過程。由這些表現(xiàn)可以推知大概通過一個(gè)個(gè)細(xì)密的網(wǎng)格將現(xiàn)實(shí)中連續(xù)的存在，虛擬化為一組組離散的數(shù)據(jù)。其次是對(duì)材料的定義。再其次是對(duì)電極的定義。接著是對(duì)參雜參數(shù)進(jìn)行定義。然后對(duì)模型進(jìn)行描述(王志強(qiáng)，趙雅婷，2022)。鑒于此類條件特征可以推知其可能后果最后是對(duì)內(nèi)容進(jìn)行求解，其中包括繪制相關(guān)參數(shù)的圖表。最后通過端口的電流-電壓特性以及半導(dǎo)體器件內(nèi)部的電場(chǎng)、電流、載流子濃度、遷移速率等物理參數(shù)來對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。進(jìn)而得出結(jié)論或者推斷。5仿真結(jié)果分析5.1.1開路電壓太陽能電池在開路狀態(tài)時(shí)器件兩端的電位差就是開路電壓，一般表示為Voc。1理想情況下，由太陽能電池的等效電路可得到公式5-1-1[10所示關(guān)系。其中Ib為正向電流。Io是飽和電流。由電流電壓關(guān)系可以推出公式5-1-211所示關(guān)系。由此可知因?yàn)樵陂_路情況下I=0,所以開路電壓Voc可以5.1.2短路電流可知，光伏器件的結(jié)面積、光生載流子效率和光生載流子體積決定了短路電流的大小。[12即短路電流的大小主要受到光照強(qiáng)度和太陽能電池本身性質(zhì)的影響。5.1.3填充因子填充因子是影響太陽能電池轉(zhuǎn)化率的重要參數(shù)，當(dāng)太陽能電池的短路電流與其開路電壓一定的時(shí)候，從中可以推知填充因子的大小就幾乎決定了太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率，填充因子越大此太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率就越高(陳嘉偉，周慧敏，2023)。當(dāng)太陽能電池處在最大輸出功率時(shí)，從這些觀察中可以看出太陽能電池的電壓和太陽能電池的電流的乘積與太陽能電池的開路電壓和此太陽能電池的短路電流乘積的比值就是這個(gè)太陽能電池的填充因子FF。[13][131填充因子可以由公式5-1-51131,通過相應(yīng)數(shù)值求得，也可以通過I-V特性曲線根據(jù)公式求對(duì)應(yīng)面積之比求得(楊天俊，吳夢(mèng)琪，2021)。在研究活動(dòng)中，本文重視細(xì)節(jié)處理，對(duì)全部核心要素都進(jìn)行了深入的審核與驗(yàn)證，以確保研究結(jié)論的準(zhǔn)確度和可靠性。從構(gòu)思到解析，每一環(huán)節(jié)都經(jīng)過了精心的設(shè)計(jì)與周密的安排，力求將誤差與偏差降至最低。同時(shí)，本文還采納了多種策略與手段對(duì)研究成果進(jìn)行多重驗(yàn)證，以保障結(jié)論的堅(jiān)實(shí)性和可重復(fù)性。這種嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的研究態(tài)度和方法不僅提升了本文的學(xué)術(shù)品質(zhì)，也為相關(guān)領(lǐng)域的研究樹立了新的典范。5.1.4轉(zhuǎn)換效率太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率即太陽能電池的最大輸出功率與光輸入功率的比值的百分?jǐn)?shù)。[14用公式可以表示為5-1-6114的形式。于這種狀況之中而太陽能電池的最大輸出可表示為公式5-1-714]。結(jié)合公式5-1-513可以推導(dǎo)出公式5-1-814]。由公式5-1-8[14可知轉(zhuǎn)換效率主要與開路電壓、填充因子和短5.2.1基本型結(jié)構(gòu)仿真結(jié)果如圖5-1所示，p-n型Si太陽能電池的結(jié)構(gòu)由100nm厚的ITO材料作為上部電極。由100nm厚n型層。如圖5-2所示，用作p型層的Si材料進(jìn)行均勻摻雜，摻雜濃度為101?cm?3?；诖祟悹顩r而用作n型層的Si的摻雜濃度為1018cm3,同樣進(jìn)行均勻摻雜。在這特定條件下模擬一束太陽光從太陽能電池的上空中間位置以垂直角度照射器件，通過Tonyplot繪制由p-n型Si太陽能電池的I-V特性曲線可知，p-n型Si太陽能電池的短路電流Jsc=3.00×10-10A/cm2,p-n型Si太陽能電池的開路電壓Voc=0.47V,p-n型Si太陽能電池的最大電流Im=2.76×10-10A,在這條件下討論最大電壓Vm=0.40V,硅p-n太陽能電池的最大功率Pm=1.10×10-10w,硅p-n太陽能電池的填充因子FF=77.81。通過以上數(shù)據(jù)代入公式5-1-8求得p-n型Si太陽能電池的轉(zhuǎn)換效因應(yīng)這局勢(shì)而定通過Atlas二維仿真器對(duì)p-i-n型SiGe結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真得到仿真數(shù)據(jù)log文件，再通過Tonyplot載入數(shù)據(jù)得到摻雜分布圖、結(jié)構(gòu)分布圖和I-V特性曲線圖(韓天宇，張婉婷，2020)。由這些表現(xiàn)可以推知大概如圖5-4所示，p-i-n型SiGe太陽能電池的結(jié)構(gòu)同樣由100nm厚的ITO材料作為上部電極。由100nm厚的Al材料作為下部電極(馮俊杰，陳思琪，2022)。同樣由100nm厚的Si作為p型層，這里由200nm厚的SiGe作為i型層，同樣由200nm厚的Si作為n型層。鑒于此類條件特征可以推知其可能后果如圖5-5所示，用作p型層的Si同樣進(jìn)行均勻摻雜，其中摻雜濃度同樣為1019cm3,用作n型層的Si也同樣進(jìn)行均勻摻雜，且摻雜濃度也同樣保持在1018cm3。鑒于當(dāng)前情境，本文有望挖掘該領(lǐng)域更多深層次的規(guī)律與機(jī)制，為理論體系的健全和優(yōu)化提供強(qiáng)有力的實(shí)證依據(jù)與理論支持。通過深入探究研究對(duì)象的內(nèi)在關(guān)聯(lián)與外在表象，本文將增進(jìn)對(duì)該領(lǐng)域復(fù)雜現(xiàn)象的理解，為構(gòu)建更為全面和系統(tǒng)的理論模型添磚加瓦。這不僅提升了本文對(duì)該領(lǐng)域的認(rèn)知深度，也為后續(xù)的科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新指引了新的思路與方向。以同樣的一束太陽光從太陽能電池的上空中間位置以垂直角度照射器件，并且通過Tonyplot繪制仿真數(shù)據(jù)得到p-i-n型SiGe太陽能電池的I-V特性曲線如圖5-6(程思遠(yuǎn)，魏雨萱，2019)。由p-i-n型SiGe太陽能電池的I-V特性曲線可知，p-i-n型SiGe太陽能電池的短路電流Jsc=4.91×10-1A/cm2,硅鍺p-i-n太陽能電池的開路電壓Voc=0.49V,由此可知硅鍺p-i-n太陽能電池的最大電流Im=4.66×10-1?A,最大電壓Vm=0.41V,p-i-n型SiGe太陽能電池的最大功率Pm=1.91×10-1?W,p-i-n型SiGe太陽能電池的填充因子FF=79.78。通過以上數(shù)據(jù)代入公式5-1-8求得p-i-n型SiGe太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率Eff=19.11%。5.2.3本征層厚度對(duì)轉(zhuǎn)換效率的影響通過Atlas二維仿真器對(duì)本征層減薄到原型的50%后的新的本征層減薄型p-i-n型SiGe結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真得到仿真數(shù)據(jù)log文件，從中可以推知再通過Tonyplot載入數(shù)據(jù)得到薄本征層p-i-nSiGe太陽能電池的摻雜分布圖、結(jié)構(gòu)分布圖和I-V特性曲線圖分別如圖5-7,5-6和5-10所示(謝志豪，趙雨欣，如圖5-6所示，薄本征層p-i-nSiGe太陽能電池的結(jié)構(gòu)保持同樣由100nm厚的ITO材料作為上保持同樣由100nm厚的Si作為p型層。但是這里僅由100nm厚的SiGe作為i型層，保持同樣由200nm厚的Si作為n型層。如圖5-7所示，用作p型層的Si同樣進(jìn)行均勻摻雜，其中摻雜濃度保持同樣為1019cm3,于這種狀況之中用作n型層的Si也同樣進(jìn)行均勻摻雜，且摻雜濃度也同樣保持在1018cm?3與此同時(shí)，再通過Atlas二維仿真器對(duì)本征層加厚到原型的150%后的新的本征層加厚型p-i-n型SiGe結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真得到仿真數(shù)據(jù)log文件，在這類情況下再通過Tonyplot進(jìn)行圖像處前景。在理論探討的基礎(chǔ)上，本文更看重將研究成果轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用的能力，以期為相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展貢獻(xiàn)可實(shí)施的解決方案。通過對(duì)研究結(jié)果的詳盡分析與評(píng)估，本文嘗試構(gòu)建一系列基于實(shí)證的建如圖5-8所示，薄本征層p-i-nSiGe太陽能電池的結(jié)構(gòu)保持同樣由100nm厚的ITO材料作為上厚的Si作為p型層。但是這里改為由300nm厚的SiGe作為i型層，基于此類狀況保持同樣由200nm厚的Si作為n型層。如圖5-9所示，用作p型層的Si同樣進(jìn)行均勻摻雜，其中摻雜濃度保持同樣為101?cm3,用作n型層的Si也同樣進(jìn)行均勻摻雜，且摻雜濃度也同樣保持在1018cm-3 em植臨em植臨制仿真數(shù)據(jù)分別得到減薄型和加厚型p-i-nSiGe太陽能電池的I-V特性曲線分別如圖5-10和圖5-11I-V特性曲線可知：薄本征層的p-i-n型SiGe太陽能電池的短路電流Jsc=3.93×10-1?A/cm2,而厚本池的開路電壓Voc=0.48V,而厚本征層型p-i-nSiGe太陽能電池的開路電壓Voc=0.49V。薄本征層型p-i-nSiGe太陽能電池的最大電流Im=3.67×10-1?A,在這條件下討論而厚本征層型p-i-nSiGe太而厚本征層型p-i-nSiGe太陽能電池的最大電壓Vm=0.42V。本文將多個(gè)學(xué)術(shù)領(lǐng)域的智慧與技術(shù)相結(jié)合，為應(yīng)對(duì)復(fù)雜的科學(xué)問題和社會(huì)挑戰(zhàn)帶來了新視角和應(yīng)對(duì)之策。借助跨學(xué)科的整合與協(xié)同，本文不僅汲取了各領(lǐng)域之精髓，還推動(dòng)了理論與技術(shù)的交叉創(chuàng)新，為實(shí)際問題的解決提供了更加周全和系統(tǒng)的途徑。這種綜合性的研究方法不僅拓寬了本文對(duì)問題本質(zhì)的認(rèn)知，也為推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域的理論深化和實(shí)踐應(yīng)用開辟了新方向。薄本征層型p-i-nSiGe太陽能電池的最大功率Pm=1.51×10-1?w,而厚本征層型p-i-nSiGe太陽能電池的最大功率Pm=2.27×10-1?W。薄本征層型p-i-nSiGe太陽能電池的填充因子FF=79.47,因應(yīng)這局勢(shì)而定而厚本征層型p-i-nSiGe太陽能電池的填充因子FF=80.08。通過以上數(shù)據(jù)代入公式5-1-8分別求得薄本征層型p-i-nSiGe太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率Eff=15.05%,相對(duì)的，厚本征層型p-i-nSiGe太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率Eff=22.71%(鄭嘉偉，張夢(mèng)婷，2021)。結(jié)論本論文通過對(duì)太陽能電池的原理進(jìn)行闡釋。并在此基礎(chǔ)上分析論證了p-i-n型SiGe太陽能電池的結(jié)構(gòu)模型，通過Silvaco仿真軟件對(duì)太陽能電池的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)仿真。得到了p-i-n型SiGe太陽能電池和p-n型Si太陽能電池的仿真參數(shù)。通過對(duì)比兩種太陽能電池的I-V曲線和重要參數(shù)。分別計(jì)算得到在其他條件均相同的情況下，傳統(tǒng)Si太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率為11.03%,而p-i-n型SiGe太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率為19.11%。隨后通過比較不同本征層厚度的p-i-n型SiGe太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率并通過仿真得到薄本征層型p-i-nSiGe太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率Eff=15.05%,厚本征層型p-i-nSiGe太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率Eff=22.71%。最終論證得出p-i-n型SiGe太陽能電池結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)Si太陽能電池有更高的轉(zhuǎn)化效率，且至少比后者提高了73.25%且在一定范圍內(nèi)本征層厚度越大其太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率越高。由于這里主要對(duì)兩種太陽能電池結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，沒有對(duì)摻雜模型進(jìn)行詳細(xì)設(shè)定和分析。在未來的研究中如果對(duì)不同摻雜模型和物理參數(shù)給出詳細(xì)定義以后可以仔細(xì)分析各種參數(shù)分別對(duì)太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的影響。包括非晶型SiGe材料對(duì)光子吸收效率的影響。參考文獻(xiàn)[1]張豪，劉欣妍.典型SiGeHBTs的總劑量輻射效應(yīng)[3]李佳慧，王家豪.非晶硅鍺薄膜太陽能電池制備及其應(yīng)用研究[D].上海交通大學(xué)，2019.[4]郭太軒，陶雨欣.非晶硅/非晶硅鍺雙結(jié)薄膜太陽能電池的模擬研究[J].寧夏師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2018,39(10):46-49.[5]ShahzadHussain,HarisMehmood,MuhammadKhizar,etal.DcrystallinesiliconheterostructuresolarcellfeaturingSiGeabsorberl[6]曹嘉偉，胡梓萱.非晶/微晶相變區(qū)硅基薄膜太陽能電池研究進(jìn)展[J].河北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)[7]沈思遠(yuǎn)，高婉婷.非晶硅/非晶硅鍺疊層電池器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化與制備工藝研究[J].真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)[8]韓嘉豪，謝夢(mèng)琪.微晶硅鍺太陽電池的仿真與優(yōu)化[D].東北電力大學(xué)，2017.Optimizationofintrinsiclayerthickness,dopantlayerthicknessandmultilayersolarcellefficiencydoi:/10.1051/epjconf/20[10]Benbekhti,F,&Benmansour,A.(2016).Studyandsimulationofsiliconsolarevaluationforphotovoltaicapplications:EEA.Electrotehnica,Electronica,Automatica,64Propertiesofa-Si:H/a-SiGe:HDouble-junctionSolarCell[J].JournaloftheChineseCeramic/scholarly-journals/study-simulation-silicon-solar-cells-technology/7617827/se-2?accoun[12]馮梓豪，趙夢(mèng)瑤.非晶硅鍺薄膜與太陽能電池[13]程嘉琪，陳梓萱.漸變帶隙氫化非晶硅鍺薄膜太陽能電池的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].物理學(xué)致謝謝我的家人，感謝你們一直以來的支持與鼓勵(lì)，是你們?yōu)槲姨峁┝嗽丛床粩嗟膭?dòng)力和勇氣。最后，感謝所有在論文寫作過程中給予我?guī)椭呐笥押屯?，正因?yàn)槟銈兊闹С?，我才能順利完成這篇論文。附錄regionnum=2silicony.miregionnum=4silicony.mielecnum=1name=anodey.min=0y.max=0.1mat=ITOelecnum=5name=cathodey.min=0.4y.madopingregion=2uniformp.typeconc=le19dopingregion=4uniformn.typeconc=le18beamnum=\1x.origin=5y.origin=-0.5angle=90AM1.5solvevanode=0.0name=anodevstep=0.01vfinal=0.5extractinitinfileextractname=\"Jsc"max(curve(v."anode",i."cathode"))extractname=\"JscmAcm2"$Jsc*1e08*extractname=\"Voc"x.valfromcurve(v."anode",i."catextractname=\"Pm"max(curve(v."anode",(v."anode"*i."cathode"))extractname=\"Vm"x.valfromcurve(v."wherey.val=$"Pm"extractname="Iextractname=\"FF"($"Pm"/($"Jsc"*extractname=\"Opt_int"max(beam."1")extractname=\"Im"$"Pextractname=\"Eff"(le8*$Pm/regionnum=2silicony.miregionnum=3sigey.miregionnum=4silicony.mielecnum=1name=anodey.min=0y.max=0.1mat=ITOelecnum=5name=cathodey.min=0.6y.madopingregion=2uniformp.typeconc=le19dopingregion=4uniformn.typeconc=le18beamnum=\1x.origin=5y.origin=-0.5angle=90AM1.5solvevanode=0.0name=anodevstep=0.01vfinal=0.5extractinitinfileextractname=\"Jsc"max(curve(v."anoextractname=\"JscmAcm2"$Jsc*1e08*extractname=\"Voc"x.valfromcurve(v."anoextractname=\"Pm"max(curve(v."anode",(v."anode"*i."cathodeextractname=\"Vm"x.valfromcurve(v."extractname=\"FF"($"Pm"/($"Jsc"*