这一节学习需要动手操作。请读者先下载PC1D5．9，下载网址为：http：／／www．pv．unsw．edu．au／info－about／our－school／products－services／pc1d。该软件不需安装，单击文件pc1d．exe按钮即可运行。它可计算分析不同材料不同多层结构的太阳电池，并为用户提供了一些材料和辅照参数或模型，其中以晶体硅的特性数据提供得最全，下面我们以晶体硅太阳电池为例具体介绍。
程序开启后，首先呈现的是参数界面。点击每个参数即可打开该参数输入窗口。需要输入的参数不下四十项。一些参数如电池温度、厚度等含义自明；但还有许多参数准确含义一时难定，或其值一时难以确定。但要启动计算，一个也不能含糊。这往往令人十分泄气而却步。建议一条捷径：点击文件打开按钮，调入软件包中为用户提供的p型太阳电池参数文件例子，Pvcell．prm。该文件打开后即自动载入一种典型p型太阳电池的全套参数或选项。其中多数参数对于晶体硅电池而言都基本上固定不变，甚至温度变化的影响都已经在输入的模型中考虑进去了，这样一来需要确定和输入的参数就只剩下我们想考察研究的那些了。下面我们依参数界面上出现的次序逐一介绍其中重要的但含义不易搞清或需要补充说明的参数。
1）器件参数（device）
（1）Surface Charge——表面对外电接触条件选项。一般电池都应做到欧姆接触，选Neutral。表面有势垒（barrier）、积累电荷（charge）的就都属不良情况。
（2）Emitter Contact／Base Contact——接触电阻。全部串联电阻为这两项之和。所以不必拘泥于该参数名称，栅线电阻也应该加到这里来。对太阳电池而言，Base Contact为背接触，Base Contact离表面距离选任何大于电池厚度的值即可。
（3）Internal Shunt Elements——内部漏电单元选项。对硅片电池，基本只需考虑“导漏”（internal conductor），以电导率表示，其单位为seimens（西门子）。
2）材料参数（region 1）
该程序可以处理不同材料分区的情况（异质结），对硅片电池而言，就只有一个区。
Front Diffusion／Rear Diffusion——正面／背面扩散掺杂选项。该程序提供了双扩散层选项。一般无需设第二层。有兴趣的读者可用它研究一下双层效果，但实际生产和研发中尚无此类实践。
Bulk recombination／Surface recombination——体内复合／表面复合参数。该程序采用SRH模型计算复合率，窗口上部所输入的Et为复合中心（载流子陷阱）能级，模型中假定体系中复合陷阱能级全部归为一个，以它相对于材料本征费米能级（接近带隙中点）的差别表示，一般输入0，代表最深的陷阱；所输入的两种载流子的寿命tau－n、tau－p或复合速度S－n、S－p都属“本征”的，即无施主或受主掺杂、无非平衡激发时的寿命，此时无多数载流子与少数载流子之分；窗口下部相应计算出300K下，在所设定的背景掺杂类型和浓度条件下（衬底掺杂浓度）计算出来的少子寿命，或表面少子复合速率。用户可反过来在窗口下部输入后者，程序将会算出并在窗口上部显示前者。
3）激发参数（excitation）
辐照条件一般接受该例子加载的标准AM1．5辐照参数或选项即可。Excitation mode和Base circuit实际属数值模拟算法中的一些配套选项，遵循程序作者在该典型例子中加载的推荐参数即可。
参数齐备后点击运行（页面右上方“单人跑”钮），瞬间即得计算结果：最重要的参数Isc，Voc，Pm立即显示在页面最底部；如欲观察一些参数如载流子浓度分布、I－V特性、甚至量子效率，可点击“四图”界面，其中每张图内容皆可自选；如欲深入考察某一张图，可在上述界面中点击该图而进入“单图”界面。
最后介绍一下PC1D最重要的功能，批处理计算功能。点击“三人跑”标识的功能钮，进入批处理参数输入窗口，选择一个欲考察的参数、其变化范围、是否用对数表示、和平均取点的数目。完后点击“OK”回到页面，然后点击“单人跑”钮，计算结果表就全部列在参数界面页下部了。点击“Graph”菜单中的“copy batch data”，即可将它们粘贴到作图软件中画出来分析了。本章提供的实例都是用批处理方法完成的。(www.xing528.com)
下面讲几个操作应用PC1D的例子。先分析两个我们基本知道答案的例子，看PC1D是否给出合理的计算结果，切实增强我们对它的信心，也了解模拟中潜在的问题，然后分析一个重要的有前沿研究与发展背景的问题。
［例一］ 少数载流子寿命对太阳电池能量转换效率的影响。
从原理可以预期，少数载流子寿命如果较低，将是太阳电池转换效率等性能的重要限制因素，但如该寿命已经较高，其影响就会下降。现在让我们来看看PC1D的计算分析结果。图4．10为少子寿命在1～1 500μs范围变化、而其他条件不变的情况下，一种p型硅片电池的转换效率等性能变化的计算结果。可以看到，计算结果很好地量化显示了理论预期。它还可纠正一个光伏业不少同行中存在的一个误区：认为少子寿命达到使扩散长度等于硅片厚度之后就够了，再提高少子寿命作用不大。现在我们看到，情况远非如此。要使扩散长度达到三倍硅片厚度以上，才到这个阶段。
［例二］ 温度对太阳电池转换效率的影响。
我们已经知道，太阳电池能量转换效率随温度升高线性下降。现在让我们来看看PC1D给我们算出什么结果。图4．11为对一种p型硅片电池和一种n型硅片电池分别计算模拟得出的结果。可以看到计算结果再现了已知现象，但温度系数值比实际报告的要高，接近其两倍；计算结果也预测出n型电池的温度系数将比p型电池低，但降低程度低于业界期待的结果。这个偏差的主要原因是降低温度的不利因素，如掺杂元素的电离几率下降与扩散率的下降等，在PC1D中未考虑进来。这个偏差提醒我们PC1D乃至任何计算模拟工具都不是完美无缺而毋须审视其结果的。
图4．10 用PC1D计算得到的少数载流子寿命对一种p型硅太阳电池能量转换效率的影响关系曲线
图4．11 用PC1D计算得到的温度对一种p型硅和一种n型硅太阳电池转换效率的影响
［例三］ 突变p－n结太阳电池的优势分析。
硅片太阳电池多年来采用扩散工艺制p－n结，所得属于渐变过渡结；近年来离子注入掺杂技术开始引入光伏业，该工艺所得应属突变结，另外还有外延生长制结工艺处于研究之中，它所得p－n结也属突变结。突变结应该得到最窄的势垒区，而势垒VD已由禁带宽度和p，n两区的掺杂浓度决定，所以突变结应有最强的内建电场；渐变过渡结势垒更宽，固然使内建电场强度降低，但内建电场作用区域亦增大了。基于这两类p－n结的太阳电池性能各如何？突变结有无优势，或优势有多大，需要计算分析。以下以p型硅太阳电池为例来进行计算。在PC1D中选取两种分布掺杂，一种为均匀分布突变结（Uniform）；一种为误差函数分布渐变结（Erfc），扩散形成的浓度分布一般均为误差函数分布。突变结工艺能够获得较浅的结，取结深为0．1μm；扩散工艺相对难于控制深度，取峰值平台深度为0．2μm，向内渐变过渡的结果，结深延伸到为0．5μm。其他参数都保持完全相同，用PC1D就两种p－n结一系列掺杂浓度下所得太阳电池的效率进行批处理计算，得到如图4．12所示结果。可以看到，理论计算确预期突变结能带来一定的优势，但增益很小，最高效率绝对增加约0．03%而已；其工艺窗口更宽应为更重要的优势，在偏离峰值点的较高浓度区间，两种p－n结太阳电池的效率差值可达到绝对0．1%。
图4．12 均匀突变p－n结与扩散渐变p－n结p型硅太阳电池转换效率随掺杂浓度的变化（PC1D计算结果）
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