2.1　CZTSe太阳能电池的数值模拟模型建立

2.1.1　太阳能电池的数值模拟和SCAPS-1D软件介绍

SCAPS-1D是一个一维太阳能电池数值模拟软件，由比利时Gent大学的Marc Burgelman等开发［28-29］。其基本原理是根据建立的电池结构模型和输入的材料参数，求解这些约束条件下的泊松方程和电流的连续性方程，即

式中：　ε为材料的介电常数；φ为电势；q为电子电量；p、n分别为自由载流子空穴、电子的浓度；ND+、NA-分别为电离施主、受主的浓度；、分别为电子电流密度、空穴电流密度；R、G分别为电子空穴对的复合率、产生率。

通过设定材料参数和相应的边界条件，SCAPS-1D软件通过数值计算求解上述方程得到太阳能电池的相关特性。

对于太阳能电池，人们主要关注的参数包括太阳能电池的效率、开路电压、短路电流、填充因子等性能指标。图2-1所示为典型的太阳能电池的伏安特性曲线。短路电流密度Jsc是指电池短路时（电压为0）这一极端情形下的电流密度，相应的开路电压Uoc是指电池开路时（电流为0）的电压。最大功率点Pm是伏安特性曲线上特定的一个点，当太阳能电池工作在此点时，其单位面积的输出功率达到最大。最大功率点对应的电压和电流密度定义为Um和Jm。太阳能电池的填充因子（Fill Factor，FF）定义为

太阳能电池的效率定义为最大输出功率与输入功率之比，即

其中输入功率Pi由入射在单位面积太阳能电池上的光功率决定。以上这些参数对太阳能电池的实际应用非常重要。

图2-2是SCAPS-1D软件的主界面，通过界面操作可以进行环境参数、仿真输出等设置。图2-3是太阳能电池结构建模界面，在此可以建立电池的基本结构，并输入相应的材料参数。

2.1.2　CZTSe太阳能电池模型建立

在本研究中，首先建立CZTSe薄膜太阳能电池的基本结构，如图2-4所示。电池的基本结构按光线入射方向从右到左依次为前金属电极（Front Contact）/TCO/N型缓冲层/P型CZTSe吸收层/背电极（Back Contact）。在SCAPS-1D软件中，主要需要设置的是TCO/N型缓冲层/P型CZTSe吸收层这三层材料的相关参数。在这个基本结构中，选用IMO材料作为TCO层，CdS材料作为缓冲层。具体参数设置如表2-1所示，数据主要来源于理论、文献和部分假设等［30］。