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近年來(lái)，COMSOL Multiphysics被廣泛應用于包括太陽(yáng)能電池在內的各種半導體器件的仿真分析。大多數人使用COMSOL計算太陽(yáng)能電池結構中的載流子產(chǎn)生剖面。然而，不同器件結構(包括太陽(yáng)能電池)的熱分析也可以使用COMSOL的簡(jiǎn)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(dòng)力工程中的熱過(guò)程進(jìn)行建模的專(zhuān)用工具，為研究實(shí)際條件下太陽(yáng)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(guò)對鈣鈦礦太陽(yáng)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(guò)COMSOL Multiphysics光-電-熱耦合模塊研究了傳統鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中的溫度分布。在COMSOL Multiphysics波動(dòng)光學(xué)模塊、半導體模塊和固體傳熱模塊的三維向導中進(jìn)行仿真。

最后，添加"固體中的傳熱"模塊來(lái)計算整個(gè)器件結構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率、傳熱系數和熱容。根據熱力學(xué)定律，熱量從較高溫度區域移動(dòng)到較低溫度區域。半導體和金屬中的熱傳導是由攜帶熱量的電子和其他固體中的分子運動(dòng)進(jìn)行的，其中晶體以晶格振動(dòng)的形式稱(chēng)為聲子。熱流密度與溫度梯度成正比。雖然，熱量是通過(guò)電池層之間的傳導來(lái)傳遞的，但是熱量通過(guò)對流從頂部電極或底部接觸(通過(guò)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(gè)相對較短的時(shí)間來(lái)達到穩態(tài)，在單元中的任一點(diǎn)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(gè)研究中的解決方案用作第二個(gè)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(guò)第二個(gè)半導體材料模型節點(diǎn)反饋到半導體界面中使用的材料溫度。

有內部生熱的穩態(tài)導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復合產(chǎn)生的總熱量。Q_tot從半導體模塊進(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置在電池內熱傳導和對流的邊界條件。

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)生速率添加到半導體模塊中。此外，我們添加了由焦耳和SRH復合產(chǎn)生的總熱量稱(chēng)為半。Q_tot從半導體模塊進(jìn)入傳熱模塊作為通用熱源。熱量的計算將基于此輸入，并基于單元內熱傳導和對流的邊界條件設置。

我們首先通過(guò)一個(gè)數值求解的耦合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鈣鈦礦太陽(yáng)能電池結構的熱量分布。然后利用焦耳加熱和肖克利-讀取霍爾( SRH )模擬太陽(yáng)光吸收或電流傳導產(chǎn)生的熱量和溫度分布。

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