近年來，COMSOL Multiphysics被廣泛應(yīng)用于包括太陽能電池在內(nèi)的各種半導(dǎo)體器件的仿真分析。大多數(shù)人使用COMSOL計算太陽能電池結(jié)構(gòu)中的載流子產(chǎn)生剖面。然而，不同器件結(jié)構(gòu)(包括太陽能電池)的熱分析也可以使用COMSOL的簡化程序。COMSOL常被用于各種器件的熱分析，如TTSV、薄膜器件、各種光電器件等。COMSOL中的傳熱模塊是對電子元件和動力工程中的熱過程進(jìn)行建模的專用工具，為研究實際條件下太陽能電池中的熱量分布提供了良好的環(huán)境。

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今天我們通過對鈣鈦礦太陽能電池中的熱量分布進(jìn)行擴展的三維(3-D)模擬。具體通過COMSOL Multiphysics光-電-熱耦合模塊研究了傳統(tǒng)鈣鈦礦太陽能電池中的溫度分布。在COMSOL Multiphysics波動光學(xué)模塊、半導(dǎo)體模塊和固體傳熱模塊的三維向?qū)е羞M(jìn)行仿真。

最后，添加"固體中的傳熱"模塊來計算整個器件結(jié)構(gòu)的熱量分布和溫度分布。對于該模塊，我們添加表1中列出的各層的熱導(dǎo)率、傳熱系數(shù)和熱容。根據(jù)熱力學(xué)定律，熱量從較高溫度區(qū)域移動到較低溫度區(qū)域。半導(dǎo)體和金屬中的熱傳導(dǎo)是由攜帶熱量的電子和其他固體中的分子運動進(jìn)行的，其中晶體以晶格振動的形式稱為聲子。熱流密度與溫度梯度成正比。雖然，熱量是通過電池層之間的傳導(dǎo)來傳遞的，但是熱量通過對流從頂部電極或底部接觸(通過玻璃)散發(fā)到環(huán)境空氣中。這里忽略了瞬態(tài)，因為它需要一個相對較短的時間來達(dá)到穩(wěn)態(tài)，在單元中的任一點或一組給定的邊界條件下，溫度幾乎是靜止的。

我們定義了研究的物理并運行了靜止模式下的熱模擬。然后將第一個研究中的解決方案用作第二個研究的初始條件，其中在"固體中的傳輸"界面中計算的溫度分布通過第二個半導(dǎo)體材料模型節(jié)點反饋到半導(dǎo)體界面中使用的材料溫度。

有內(nèi)部生熱的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱微分方程控制溫度分布，

為了使模塊耦合，我們將從光模塊獲得的G_tot加入到半導(dǎo)體模塊中，作為電子和空穴的生成速率。此外，我們還添加了焦耳和SRH復(fù)合產(chǎn)生的總熱量。Q_tot從半導(dǎo)體模塊進(jìn)入傳熱模塊作為一般熱源。熱量的計算將基于這些輸入以及設(shè)置在電池內(nèi)熱傳導(dǎo)和對流的邊界條件。

為了耦合模塊，我們將從光學(xué)模塊獲得的G_tot作為電子和空穴的產(chǎn)生速率添加到半導(dǎo)體模塊中。此外，我們添加了由焦耳和SRH復(fù)合產(chǎn)生的總熱量稱為半。Q_tot從半導(dǎo)體模塊進(jìn)入傳熱模塊作為通用熱源。熱量的計算將基于此輸入，并基于單元內(nèi)熱傳導(dǎo)和對流的邊界條件設(shè)置。

我們首先通過一個數(shù)值求解的耦合OET模型在靜止模式下使用COSMOL平臺在三維方案中模擬了傳統(tǒng)鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)的熱量分布。然后利用焦耳加熱和肖克利-讀取霍爾( SRH )模擬太陽光吸收或電流傳導(dǎo)產(chǎn)生的熱量和溫度分布。

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本文來源公眾號：comsol仿真交流