天若有情天亦老,人学物理数学金融生物死得早

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堡堕！Ｑ丝二塑堑
ＣＮＩｌ一２０３４／Ｔ
实验技术与管理
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
第２４卷第１２期２００７年１２月
Ｖ０１．２４ Ｎｏ．１２ Ｄｅｅ．２００７
ａｎｄ
Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ
非晶硅太阳能电池ｉ层厚度 优化的数值模拟
姚若河，郑佳华
（华南理工大学物理科学与技术学院，广东广州 ５１０６４０）
摘要：应用ＡＭＰＳ一１Ｄ软件对非晶硅太阳能电池的－，一ｌ，特性进行了模拟研究，重点模拟分析了ｉ层厚度 对Ｐ—ｉ－ｎ结构非晶硅太阳能电池特性参数的影响。 关键词：太阳能电池；非晶硅；数值模拟 中图分类号：ＴＰ３９ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００２－４９５６（２００７）１２－００６７－０２
Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｉ—ｌａｙｅｒｓ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ
ｏｎ
ａ—Ｓｉ：Ｈ Ｐ—ｉ－ｎ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ ｄｅｖｉｃｅｓ
ＹＡＯ Ｒｕｏ—ｈｅ，Ｚｈｅｎｇ Ｊｉａ—ｈｕａ
（Ｓｃｈｏｏｌ
ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ
５１０６４０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ＡＭＰＳ一１ Ｄ（ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ａｎｄ ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）ｗａｓ
ｕｓｅｄ
ｏｎ
ｔｏ
ｍｏｄｕｌｅ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ
Ｊ－Ｖ
ｏｆ ａ—Ｓｉ：Ｈ Ｐ—ｉ－ｎ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ ｄｅｖｉｃｅｓ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉ－ｌａｙｅｒｓ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ
ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ
Ｊ—Ｖ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ—
ｔｉｃｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｅｘａｍｉｎｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ；ａ—Ｓｉ：Ｈ；ｎｕｍｅｒｉｃＭ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
太阳能是一种清洁、无污染、取之不尽用之不 竭的自然能源，将太阳能转换为电能是大
规模利用 太阳能的重要技术基础。半导体太阳能电池利用半 导体的光生伏特效应直接将太阳能转化为电能，技 术比较成熟。在硅系列电池中，由于非晶硅对阳光 的吸收系数高，活性层只需１¨ｍ厚，材料的需求 量大大减少；沉积温度低，可直接沉积在玻璃、不 锈钢和塑料膜等廉价的衬底材料上；生产成

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本低， 具有单片电池面积大、适于工业化大规模生产等优 点而受到重视。
形成Ｐ—ｉ－ｎ结构。图１中，衬底为ｎ型非晶硅，顶 层为Ｐ型的非晶ＳｉＣ材料，中间缓冲层为本征非晶 硅，主要结构参数和模拟参数见表１。
图１
Ｐ·ｉ－１１结构非晶硅太阳能电池结构示意图 Ｐ－ｉ·ｎ结构非晶硅太阳能电池的模型参数
参数 Ｐ层 （ａ＿ＳｉＣ） ｉ层 （ａ－ｓｉ）
１．８０ １．７２ ４．００
１１．９
表１
１模型结构与模拟原理
１．１器件结构 典型的非晶硅太阳能电池结构如图１所示。非 晶硅中由于原子排列缺少结晶硅的规则性，缺陷 多，因此，要在Ｐ层与ｎ层之间加入本征层ｉ层，
收稿日期：２００７—０２—２８ 作者简介：姚若河（１９６ｌ一），男，广东省揭阳市人。博士，教 授。从事半导体器件及物理的教学和科研工作．
ｎ层 （ａ＿Ｓｉ）
１．８０
迁移率带隙／ｅＶ 光学带隙／ｅＶ 电子亲和能／ｅＶ 相对介电常数占 有效态密度Ｎｃ／（ｃｍ。３ｅＶ一） Ｎｖ／（ｃｍ一３ｅＶ一１）
１．９６ １．９０
３．９２ １１．９
１．７２ ４．００ １１．９ ２．５×１０２０ ２．５×１０２０
２．５ Ｘ１０２０ ２．５×１０２０
２．５×１０２０ ２．５×１０２０
万 　 方数据
实验技术与管理
续表 参数 电子迁移率 ｐ。／（ｃｍ２Ｖ一１８—１） 空穴迁移率 ／．ｚ。／（ｃｍ２Ｖ一８—１） 价带尾态特征能量迁移 率ＥＤ／ｅＶ 导带尾态特征能量迁移 率Ｅ＾／ｅＶ 掺杂浓度／ｃｍ ｑ Ｇｄｏ／（ｃｍ。３ｅＶ一１） Ｇ。／（ｃｍ一３ｅＶ一１）
ＥｏｏＮ／ｅＶ ０．２
其中，Ｌ为电子的电流密度，有Ｌ（菇）＝舭。ｎ
ｉ层 （ａ－Ｓｉ） ｎ层 （ａ－Ｓｉ）
Ｐ层 （ａ－ＳｉＣ）
ｆ兰孕１，Ｅ州为电子的准费米能级；矗为空穴的电
Ｏ．５
２
ｌ
流密度，Ｊｐ（石）＝舭，凡（警），ＥＥｐ．为空穴的准费米
能级；Ｇｏ，（茗）为电子空穴对的光生效率，为位置菇 的函数。运用数值计算方法求解方程（１）、（２）、 （３）中的砂（茗）、ｐ（ｘ）、ｎ（ｘ）进而求出各特性参数。
０．０５
０．０５
０．０７
Ｏ．０３
Ｏ．０３
２模拟结果分析
Ｎ＾＝３×１０”
１．０×１０１９ １．０×１０１９ １．２４ １．１４
３×１０ＴＭ １．０×１０１９ １．０×１０１９
ＮＤ＝１×１０１９ １．０×１０１９ １．０×１０１９ １．１２ １．０２
３×１０Ｉ

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ｓ
对Ｐ—ｉ．ｎ结构非晶硅太阳能电池模拟时，光照 条件为ＡＭｌ．５，１００ ｍＷ／ｃｍ２，光从Ｐ型非晶硅层 入射到器件中。 为了研究ｉ层厚度对器件性能的影响，将Ｐ层 和ｎ层的厚度分别固定为８ ａｍ和１５ ｎｍ，ｉ层厚度 分别取１０
ａｍ、５０ ｎｍ、１００ ｎｍ、２００ ｎ／ｌｌ、３００
Ｒｉｌｌ、
１．１２ １．０２ ５×１０１６
ＥＡｃｅ／ｅＶ
隙问定域态分：砟／／ｃｍ。３
１．２模拟原理 模拟在态密度（ＤＯＳ）模式下进行。对于非晶 硅来说，带尾定域态相当重要，使用指数函数来模 拟，用高斯分布来描述非晶硅的悬挂键。对Ｐ—ｉ—ｎ 结构非晶硅太阳能电池，若给出各层半导体材料的 能带结构、电子态密度分布、空穴态密度分布和电 子亲和能等，根据半导体器件３个基本方程：泊松 方程，电子连续性方程和空穴连续性方程，在适当 的边界条件下即可求解出器件的特性。 泊松方程把材料体系中的自由载流子数目，受 陷电子和受陷空穴数目，离化杂质数目等和静电场 联系起来。泊松方程表示为
４００ ａｍ、５００ ｎｍ、６００ ａｍ、７００
ｎｍ。模拟不同ｉ层
厚度条件下光电池的开路电压‰、短路电流氏、
填充因子ＦＦ和光电转换效率卵随ｉ层厚度变化的 情况，模拟结果如图２所示。
由图２可见，随着ｉ层厚度的增加‰、氏、
ＦＦ和叼都先增大，到达一最大值后又随ｉ层厚度 的进一步增加而减小。 对短路电流，一般可表示为
ｋ＝矗一州ｅｘｐ学一１】·
（４）
当ｉ层厚度比较薄时，随着ｉ层厚度的增大，光生
载流子增加，光生电流密度以增大，反向饱和电
期占（茗）警］＝ｑ×［ｐ（髫）一ｎ（石）＋瞒（石）一
Ⅳ二（石）＋ｐ。（菇）一ｎ。（Ⅳ）］， （１） 其中，沙为器件中石点单位正电荷电势；Ｐ（石），
流密度厶不变的情况下氏增大。当ｉ层厚度增加
到一定程度时，使内建电场强度分布明显受影响，
光生载流子得不到有效的收集，从而使如下降。
对‰和ＦＦ有：
ｎ（ｘ）分别为自由空穴和自由电子的浓度；Ⅳ；（髫），
Ｎ２（石）分别为电离施主浓度和电离受主浓度； Ｐ。（ｘ），ｉ
ｌｔ（髫）分别为受陷空穴和受陷电子浓度； ｇＡ（Ｅ）为带隙中单位体积单位能量的类受主态密度 连续分布函数；＾（Ｅ）为能量为Ｅ的能态被一个电
ＦＦ一［，一Ｉｎ，ＬＪ．，：ｏ］｛·一器）Ｈ１·
律也应是先增大后减小。 （下转第７３页）
‰＝弘（鲁）叫，
（５）

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（６）
子占据的概率；ｇＤ（Ｅ）为带隙中单位体积单位能量
的类施主态密度连续分布函数；厶（Ｅ）为能量为Ｅ 的能态被一个空穴占据的概率。
可知，‰正比于氏，所以其变化规律与氏相似。
对于，７，有叼：丁Ｐｓｐ／Ａ，ＰｍＰ：，ｍ比为最佳功率
在稳态条件下，若自由载流子的浓度不随时间
变化，则自由电子和自由空穴的连续性方程分别为
输出，Ａ为电池正面曝光面积（ｃｍ２），Ｐ。为每 ｃｍ２的光照功率输入，所以Ｐ。不变，叼的变化规
÷（警１＿一Ｇ。。（菇）＋尺（石）， ｑ、似，
（２） （３）
÷ｆ学１＝Ｇｏ，（戈）一Ｒ（茹），
万 　 方数据
聂伟，等：基于ＳＯＰ（：的Ｔｕｒｂｏ码实验平台设计
７３
Ｂｕｉｌｄｅｒ中定制生成的Ｎｉｏｓ ＩＩ软核处理器实现了基 于ＳＯＰ（：的Ｔｕｒｂｏ码实验平台。其中ＭＣＵ控制、键 盘扫描及液晶显示模块的程序在Ｎｉｏｓ
ＩＩ ＩＤＥ
［１］寇艳红，杨枫，陈雁．通信原理开放性实验项目设计［Ｊ］．实 验技术与管理，２００５，２２（１１）：１０５—１０７． Ｅ２］ＢＥＲＲＯＵ Ｃ，ＧＬＡＶＩＥＵＸ Ａ，ＴＨＩＴＩＭＡＪＳＨｌＭＡ
ｌｉｍｉｔ目３ｔ－ｏｒ－ｃｏｒｒｅｃｔｉｎｇ Ｐ．Ｎｅａｒ
Ｓｈａｎｎｏｎ
６．０中
ｃｏｄｉｎｇ ａｎｄ
ｄｅｃｏｄｉｎｇ：ｔｕｒｂｏ—ｃｏｄｅｓ［ｃ］．Ｐｒｏｃ
用Ｃ语言实现，ＦＰＧＡ用户逻辑部分的程序用 ＶＨＤＬ硬件描述语言编写并在Ｑｕａｒｔｕｓ
ＩＩ
ＩＣＣ’９３，Ｇｅｎｅｖａ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ，Ｍａｙ １９９３．
６．０环境
［３］张庆治，刘巧艳．基于ＦＰＧＡ的Ｔｕｒｂｏ码译码器设计与实现 ［Ｊ］．北京电子科技学院学报，２００４，１２（４）：４７·５１． ［４］刘小同，万国春，陈岚．基于Ｍａｘ—Ｌｏｇ—ＭＡＰ算法的Ｔｕｒｂｏ码的 硬件设计与实现［Ｊ］．江西科技师范学院学报，２００５，８（４）：
８．１６．
下完成了仿真、综合及下载。通过在液晶上实时显 示实验过程中Ｔｕｒｂｏ编译码器的工作参数及接收到
误码的信
息帧的数目，使学生能够清楚地理解Ｔｕｒ－
ｂｏ编译码器各个环节的作用及整个实验的数据流 程。ＳＯＰＣ的实现技术使得学生可以很容易地修改 各模块的程序代码，从而实现对Ｔｕｒｂｏ编译码算法 的研究和改进。 参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：
［５］刘东华．Ｔｕｒｂｏ码原理与应用技术［Ｍ］

天若有情天亦老,人学物理数学金融生物死得早

．北京：电子工业出版 社。２００４． ［６］袁东风，张海霞．宽带移动通信中的先进信道编码技术［Ｍ］． 北京：北京邮电大学出版社，２００４． ［７］潘松，黄继业．曾毓．ＳＯＰＣ技术实用教程［Ｍ］．北京：清华大 学出版社，２００５．
（上接第６８页）
６ ５ ４ ３ ２
毒
１ ０ ９ ８ ７ ８ ５ ４ ３ ２
暑
毫 鼍
罩
ｉ－ｌａｙｅｒ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ／ｎｍ
图２
Ｖｏｃ，Ｊｓｃ。耶和呀随ｉ层厚度的变化
１０９４—１０９８．
３结论
本文用ＡＭＰＳ一１Ｄ对Ｐ—ｉ—ｎ结构非晶硅太阳能 电池的．，一ｙ特性进行模拟，研究了ｉ层厚度对非
［２］Ｒ Ｍａｒｔｉｎｓ，Ｉ Ｆｅｒｒｅｉｒａ，Ｖ Ｓｉｌｖａ，ｅｔ ａ１．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｏｆ ａ．ｓｉ：Ｈ ｄｅ－
ｖｉｃｅ
ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｂｙ
ｓｕｉｔａｂｌｅ
ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ［Ｊ］．ｓｏｌａｒ
Ｅｎｅｒｇｙ
Ｍａｔｅｒ＆ＳｏｌａｒＣｅｌｌｓ，２００２（７３）：３９—４９． ［３］胡志华，廖显伯，曾湘波，等．纳米硅（ｎｃ—Ｓｉ：Ｈ）／晶体硅 （ｃ．Ｓｉ）异质结太阳电池的数值模拟分析［Ｊ］．物理学报， ２００３，５２（１）：２１７·２２４． ［４］胡志华，廖显伯，刁宏伟，等．非晶硅太阳电池光照Ｊ—Ｖ特性 的ＡＭＰＳ模拟［Ｊ］．物理学报，２００５，５４（５）：２３０２—２３０６． ［５］刘瑶，姚若河．扩散Ｐ－ｎ结内建电场的数值分析［Ｊ］．广西物 理，２００５，２６（１）：１６－２１． ［６］刘恩科，朱秉升，罗晋生，等．半导体物理学［Ｍ］．北京：国 防工业出版社，１９９４． ［７］仓田衡．半导体器件的数值分析［Ｍ］．北京：电子工业出版 社，１９８５．
晶硅太阳能电池特性参数的影响。从模拟结果看，
ｙ＆，氏，ＦＦ和叼的理论最大值处在ｉ层厚度为５０
～４００
ｎｍ范围内，且对应于不同的ｉ层厚度。为了
获得最优的电池性能，应综合考虑‰，ｋ，ＦＦ
和叼的取值。 参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：
［１］Ｒ Ｍａｒｔｉｎｓ，Ｉ Ｆｅｒｒｅｉｒ
ａ，Ａ Ｃａｂｒｉｔａ，ｅｔ ａ１．Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ａ－Ｓｉ：Ｈ
ｄｅｖｉｃｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｂｙ
ｐｒｏｐｅｒ
ｄｅｓｉｇｎ
０ｆ ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ
［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ
Ｎｏｎ－Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ

天若有情天亦老,人学物理数学金融生物死得早

Ｓｏｌｉｄｓ，２０００（２６６）：
万 　 方数据
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堡堕！Ｑ丝二塑堑
ＣＮＩｌ一２０３４／Ｔ
实验技术与管理
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
第２４卷第１２期２００７年１２月
Ｖ０１．２４ Ｎｏ．１２ Ｄｅｅ．２００７
ａｎｄ
Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ
非晶硅太阳能电池ｉ层厚度 优化的数值模拟
姚若河，郑佳华
（华南理工大学物理科学与技术学院，广东广州 ５１０６４０）
摘要：应用ＡＭＰＳ一１Ｄ软件对非晶硅太阳能电池的－，一ｌ，特性进行了模拟研究，重点模拟分析了ｉ层厚度 对Ｐ—ｉ－ｎ结构非晶硅太阳能电池特性参数的影响。 关键词：太阳能电池；非晶硅；数值模拟 中图分类号：ＴＰ３９ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００２－４９５６（２００７）１２－００６７－０２
Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｉ—ｌａｙｅｒｓ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ
ｏｎ
ａ—Ｓｉ：Ｈ Ｐ—ｉ－ｎ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ ｄｅｖｉｃｅｓ
ＹＡＯ Ｒｕｏ—ｈｅ，Ｚｈｅｎｇ Ｊｉａ—ｈｕａ
（Ｓｃｈｏｏｌ
ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ
５１０６４０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ＡＭＰＳ一１ Ｄ（ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ａｎｄ ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）ｗａｓ
ｕｓｅｄ
ｏｎ
ｔｏ
ｍｏｄｕｌｅ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ
Ｊ－Ｖ
ｏｆ ａ—Ｓｉ：Ｈ Ｐ—ｉ－ｎ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ ｄｅｖｉｃｅｓ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉ－ｌａｙｅｒｓ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ
ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ
Ｊ—Ｖ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ—
ｔｉｃｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｅｘａｍｉｎｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ；ａ—Ｓｉ：Ｈ；ｎｕｍｅｒｉｃＭ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ

太阳能是一种清洁、无污染、取之不尽用之不 竭的自然能源，将太阳能转换为电能是大规模利用 太阳能的重要技术基础。半导体太阳能电池利用半 导体的光生伏特效应直接将太阳能转化为电能，技 术比较成熟。在硅系列电池中，由于非晶硅对阳光 的吸收系数高，活性层只需１¨ｍ厚，材料的需求 量大大

天若有情天亦老,人学物理数学金融生物死得早

减少；沉积温度低，可直接沉积在玻璃、不 锈钢和塑料膜等廉价的衬底材料上；生产成本低， 具有单片电池面积大、适于工业化大规模生产等优 点而受到重视。
形成Ｐ—ｉ－ｎ结构。图１中，衬底为ｎ型非晶硅，顶 层为Ｐ型的非晶ＳｉＣ材料，中间缓冲层为本征非晶 硅，主要结构参数和模拟参数见表１。
图１
Ｐ·ｉ－１１结构非晶硅太阳能电池结构示意图 Ｐ－ｉ·ｎ结构非晶硅太阳能电池的模型参数
参数 Ｐ层 （ａ＿ＳｉＣ） ｉ层 （ａ－ｓｉ）
１．８０ １．７２ ４．００
１１．９
表１
１模型结构与模拟原理
１．１器件结构 典型的非晶硅太阳能电池结构如图１所示。非 晶硅中由于原子排列缺少结晶硅的规则性，缺陷 多，因此，要在Ｐ层与ｎ层之间加入本征层ｉ层，
收稿日期：２００７—０２—２８ 作者简介：姚若河（１９６ｌ一），男，广东省揭阳市人。博士，教 授。从事半导体器件及物理的教学和科研工作．
ｎ层 （ａ＿Ｓｉ）
１．８０
迁移率带隙／ｅＶ 光学带隙／ｅＶ 电子亲和能／ｅＶ 相对介电常数占 有效态密度Ｎｃ／（ｃｍ。３ｅＶ一） Ｎｖ／（ｃｍ一３ｅＶ一１）
１．９６ １．９０
３．９２ １１．９
１．７２ ４．００ １１．９ ２．５×１０２０ ２．５×１０２０
２．５ Ｘ１０２０ ２．５×１０２０
２．５×１０２０ ２．５×１０２０
万 　 方数据
实验技术与管理
续表 参数 电子迁移率 ｐ。／（ｃｍ２Ｖ一１８—１） 空穴迁移率 ／．ｚ。／（ｃｍ２Ｖ一８—１） 价带尾态特征能量迁移 率ＥＤ／ｅＶ 导带尾态特征能量迁移 率Ｅ＾／ｅＶ 掺杂浓度／ｃｍ ｑ Ｇｄｏ／（ｃｍ。３ｅＶ一１） Ｇ。／（ｃｍ一３ｅＶ一１）
ＥｏｏＮ／ｅＶ ０．２
其中，Ｌ为电子的电流密度，有Ｌ（菇）＝舭。ｎ
ｉ层 （ａ－Ｓｉ） ｎ层 （ａ－Ｓｉ）
Ｐ层 （ａ－ＳｉＣ）
ｆ兰孕１，Ｅ州为电子的准费米能级；矗为空穴的电
Ｏ．５
２
ｌ
流密度，Ｊｐ（石）＝舭，凡（警），ＥＥｐ．为空穴的准费米
能级；Ｇｏ，（茗）为电子空穴对的光生效率，为位置菇 的函数。运用数值计算方法求解方程（１）、（２）、 （３）中的砂（茗）、ｐ（ｘ）、ｎ（ｘ）进而求
出各特性参数。
０．０５
０．０５
０．０７
Ｏ．０３
Ｏ．０３
２模拟结果分析
Ｎ＾＝３×１０” １．０×１０１９ １．０×１０１９ １．２４ １．１４
３×１０ＴＭ １．０×１０１９ １．０×１０１９
ＮＤ

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＝１×１０１９ １．０×１０１９ １．０×１０１９ １．１２ １．０２
３×１０Ｉｓ
对Ｐ—ｉ．ｎ结构非晶硅太阳能电池模拟时，光照 条件为ＡＭｌ．５，１００ ｍＷ／ｃｍ２，光从Ｐ型非晶硅层 入射到器件中。 为了研究ｉ层厚度对器件性能的影响，将Ｐ层 和ｎ层的厚度分别固定为８ ａｍ和１５ ｎｍ，ｉ层厚度 分别取１０
ａｍ、５０ ｎｍ、１００ ｎｍ、２００ ｎ／ｌｌ、３００
Ｒｉｌｌ、
１．１２ １．０２ ５×１０１６
ＥＡｃｅ／ｅＶ
隙问定域态分：砟／／ｃｍ。３
１．２模拟原理 模拟在态密度（ＤＯＳ）模式下进行。对于非晶 硅来说，带尾定域态相当重要，使用指数函数来模 拟，用高斯分布来描述非晶硅的悬挂键。对Ｐ—ｉ—ｎ 结构非晶硅太阳能电池，若给出各层半导体材料的 能带结构、电子态密度分布、空穴态密度分布和电 子亲和能等，根据半导体器件３个基本方程：泊松 方程，电子连续性方程和空穴连续性方程，在适当 的边界条件下即可求解出器件的特性。 泊松方程把材料体系中的自由载流子数目，受 陷电子和受陷空穴数目，离化杂质数目等和静电场 联系起来。泊松方程表示为
４００ ａｍ、５００ ｎｍ、６００ ａｍ、７００
ｎｍ。模拟不同ｉ层
厚度条件下光电池的开路电压‰、短路电流氏、
填充因子ＦＦ和光电转换效率卵随ｉ层厚度变化的 情况，模拟结果如图２所示。
由图２可见，随着ｉ层厚度的增加‰、氏、
ＦＦ和叼都先增大，到达一最大值后又随ｉ层厚度 的进一步增加而减小。 对短路电流，一般可表示为
ｋ＝矗一州ｅｘｐ学一１】·
（４）
当ｉ层厚度比较薄时，随着ｉ层厚度的增大，光生
载流子增加，光生电流密度以增大，反向饱和电
期占（茗）警］＝ｑ×［ｐ（髫）一ｎ（石）＋瞒（石）一
Ⅳ二（石）＋ｐ。（菇）一ｎ。（Ⅳ）］， （１） 其中，沙为器件中石点单位正电荷电势；Ｐ（石），
流密度厶不变的情况下氏增大。当ｉ层厚度增加
到一定程度时，使内建电场强度分布明显受影响，
光生载流子得不到有效的收集，从而使如下降。
对‰和ＦＦ有：
ｎ（ｘ）分别为自由空穴和自由电子的浓度；Ⅳ
；（髫），
Ｎ２（石）分别为电离施主浓度和电离受主浓度； Ｐ。（ｘ），ｉｌｔ（髫）分别为受陷空穴和受陷电子浓度； ｇＡ（Ｅ）为带隙中单位体积单位能量的类受主态密度 连续分布函数；＾（Ｅ）为能量为Ｅ的能态被一个电
ＦＦ一［，一Ｉｎ，ＬＪ．，：ｏ］｛·一器）Ｈ１·

天若有情天亦老,人学物理数学金融生物死得早

律也应是先增大后减小。 （下转第７３页）
‰＝弘（鲁）叫，
（５）
（６）
子占据的概率；ｇＤ（Ｅ）为带隙中单位体积单位能量
的类施主态密度连续分布函数；厶（Ｅ）为能量为Ｅ 的能态被一个空穴占据的概率。
可知，‰正比于氏，所以其变化规律与氏相似。
对于，７，有叼：丁Ｐｓｐ／Ａ，ＰｍＰ：，ｍ比为最佳功率
在稳态条件下，若自由载流子的浓度不随时间
变化，则自由电子和自由空穴的连续性方程分别为
输出，Ａ为电池正面曝光面积（ｃｍ２），Ｐ。为每 ｃｍ２的光照功率输入，所以Ｐ。不变，叼的变化规
÷（警１＿一Ｇ。。（菇）＋尺（石）， ｑ、似，
（２） （３）
÷ｆ学１＝Ｇｏ，（戈）一Ｒ（茹），
万 　 方数据
聂伟，等：基于ＳＯＰ（：的Ｔｕｒｂｏ码实验平台设计
７３
Ｂｕｉｌｄｅｒ中定制生成的Ｎｉｏｓ ＩＩ软核处理器实现了基 于ＳＯＰ（：的Ｔｕｒｂｏ码实验平台。其中ＭＣＵ控制、键 盘扫描及液晶显示模块的程序在Ｎｉｏｓ
ＩＩ ＩＤＥ
［１］寇艳红，杨枫，陈雁．通信原理开放性实验项目设计［Ｊ］．实 验技术与管理，２００５，２２（１１）：１０５—１０７． Ｅ２］ＢＥＲＲＯＵ Ｃ，ＧＬＡＶＩＥＵＸ Ａ，ＴＨＩＴＩＭＡＪＳＨｌＭＡ
ｌｉｍｉｔ目３ｔ－ｏｒ－ｃｏｒｒｅｃｔｉｎｇ Ｐ．Ｎｅａｒ
Ｓｈａｎｎｏｎ
６．０中
ｃｏｄｉｎｇ ａｎｄ
ｄｅｃｏｄｉｎｇ：ｔｕｒｂｏ—ｃｏｄｅｓ［ｃ］．Ｐｒｏｃ
用Ｃ语言实现，ＦＰＧＡ用户逻辑部分的程序用 ＶＨＤＬ硬件描述语言编写并在Ｑｕａｒｔｕｓ
ＩＩ
ＩＣＣ’９３，Ｇｅｎｅｖａ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ，Ｍａｙ １９９３．
６．０环境
［３］张庆治，刘巧艳．基于ＦＰＧＡ的Ｔｕｒｂｏ码译码器设计与实现 ［Ｊ］．北京电子科技学院学报，２００４，１２（４）：４７·５１． ［４］刘小同，万国春，陈岚．基于Ｍａｘ—Ｌｏｇ—ＭＡＰ算法的Ｔｕｒｂｏ码的 硬件设计与实现［Ｊ］．江西科技师范学院学报，２００５，８（４）：
８．１６．
下完成了仿真、综合及下载。通过
在液晶上实时显 示实验过程中Ｔｕｒｂｏ编译码器的工作参数及接收到
误码的信息帧的数目，使学生能够清楚地理解Ｔｕｒ－
ｂｏ编译码器各个环节的作用及整个实验的数据流 程。ＳＯＰＣ的实现技术使得学生可以很容易地修改 各模块的程序代码，从而实现对Ｔｕｒｂｏ编译码算法 的研究和改进。 参考文献

天若有情天亦老,人学物理数学金融生物死得早

（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：
［５］刘东华．Ｔｕｒｂｏ码原理与应用技术［Ｍ］．北京：电子工业出版 社。２００４． ［６］袁东风，张海霞．宽带移动通信中的先进信道编码技术［Ｍ］． 北京：北京邮电大学出版社，２００４． ［７］潘松，黄继业．曾毓．ＳＯＰＣ技术实用教程［Ｍ］．北京：清华大 学出版社，２００５．
（上接第６８页）
６ ５ ４ ３ ２
毒
１ ０ ９ ８ ７ ８ ５ ４ ３ ２
暑
毫 鼍
罩
ｉ－ｌａｙｅｒ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ／ｎｍ
图２
Ｖｏｃ，Ｊｓｃ。耶和呀随ｉ层厚度的变化
１０９４—１０９８．
３结论
本文用ＡＭＰＳ一１Ｄ对Ｐ—ｉ—ｎ结构非晶硅太阳能 电池的．，一ｙ特性进行模拟，研究了ｉ层厚度对非
［２］Ｒ Ｍａｒｔｉｎｓ，Ｉ Ｆｅｒｒｅｉｒａ，Ｖ Ｓｉｌｖａ，ｅｔ ａ１．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｏｆ ａ．ｓｉ：Ｈ ｄｅ－
ｖｉｃｅ
ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｂｙ
ｓｕｉｔａｂｌｅ
ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ［Ｊ］．ｓｏｌａｒ
Ｅｎｅｒｇｙ
Ｍａｔｅｒ＆ＳｏｌａｒＣｅｌｌｓ，２００２（７３）：３９—４９． ［３］胡志华，廖显伯，曾湘波，等．纳米硅（ｎｃ—Ｓｉ：Ｈ）／晶体硅 （ｃ．Ｓｉ）异质结太阳电池的数值模拟分析［Ｊ］．物理学报， ２００３，５２（１）：２１７·２２４． ［４］胡志华，廖显伯，刁宏伟，等．非晶硅太阳电池光照Ｊ—Ｖ特性 的ＡＭＰＳ模拟［Ｊ］．物理学报，２００５，５４（５）：２３０２—２３０６． ［５］刘瑶，姚若河．扩散Ｐ－ｎ结内建电场的数值分析［Ｊ］．广西物 理，２００５，２６（１）：１６－２１． ［６］刘恩科，朱秉升，罗晋生，等．半导体物理学［Ｍ］．北京：国 防工业出版社，１９９４． ［７］仓田衡．半导体器件的数值分析［Ｍ］．北京：电子工业出版 社，１９８５．
晶硅太阳能电池特性参数的影响。从模拟结果看，
ｙ＆，氏，ＦＦ和叼的理论最大值处在ｉ层厚度为５０
～４００
ｎｍ范围内，且对应于不同的ｉ层厚度。为了
获得最优的电池性能，应综合考虑‰，ｋ，ＦＦ
和叼的取值。 参考文
献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：
［１］Ｒ Ｍａｒｔｉｎｓ，Ｉ Ｆｅｒｒｅｉｒａ，Ａ Ｃａｂｒｉｔａ，ｅｔ ａ１．Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ａ－Ｓｉ：Ｈ
ｄｅｖｉｃｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｂｙ
ｐｒｏｐｅｒ
ｄｅｓｉｇｎ
０ｆ ｉｎｔｅｒｆａｃ

天若有情天亦老,人学物理数学金融生物死得早

ｅｓ
［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ
Ｎｏｎ－Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ
Ｓｏｌｉｄｓ，２０００（２６６）：
万 　 方数据

1