wxAMPS仿真软件在应用型本科“薄膜太阳能电池”课程中的应用
wxAMPS仿真软件在应用型本科“薄膜太阳能电池”课程中的 应用 摘要：“薄膜太阳能电池”是我校新能源科学与工程专业重要的专业课程之 一，具有知识结构复合度高、知识点更新迅速、实践性与应用性强等特点。传统 的教学模式偏重公式推导，学生普遍感觉比较抽象，理解难度较大。为了体现应 用型本科高校的特点，培养具有持续学习能力的专业型人才，教研组引入基于 wxAMPS仿真软件的教学方法，介绍了该软件的特点和优势，并通过设置一个综 合工程案例展示了该教学方法在本课程中的应用，增强了学生对电池优化设计的 理解和应用能力，达到提高教学质量，适应应用型人才培养的需要。关键词：薄膜太阳能电池；
wxAMPS；
应用型本科 一、引言 近年来，光伏新能源产业成为江苏省新兴产业中优先发展的重要高新技术 产业领域之一，主要包括硅材料、太阳能玻璃、电池背膜、光伏逆变器等领域， 全省拥有光伏企业600多家，从业人员12万人，形成了完整的产业链条。无锡尚 德、常州天合、中电电气、江苏林洋、CSI阿特斯、江苏中能、江阴浚鑫和华盛 天龙8家企业在境外上市，销售排名全球前20强中江苏有5家。2010年全省光伏产 业实现产值1988亿元，同比增长81%，晶硅电池产量占全国的55%以上。随着其 产业链的完善和价值链的提升，逐步成为国家光电产业发展规划的重要支点之一。
光伏新能源产业技术含量高，产品附加值大，产业升级快，需要大量有能力从事 产品设计开发、市场开拓、产品测试以及设备维护等方面的光电工程技术应用人 才，对具有懂得光学、材料、电子电路、半导体物理等多方面专业知识的复合型 人才需求较大。
目前以商品化的晶体硅太阳能电池的光电转化效率最高，但受材料纯度和 制备工艺限制，成本高，很难再提高转化效率或降低成本。硅基薄膜太阳能电池 只需几的厚度就能实现光电转换，是降低成本和提高光子循环的理想材料，我校 面向该专业本科生三年级开设“薄膜太阳能电池”作为专业必修课，设理论课32 学时，实验课16学时，旨在通过该课程的学习使本专业的学生能够加深对光照下 半导体中的基本物理现象、概念、基本原理的理解；
掌握有关薄膜太阳能电池测 试仪器及装置的结构、原理、使用；
掌握对光伏领组件评价和系统测量的基本技 能，从而提高学生的专业素养，为后续的学习奠定基础[1，2]。如何培养高级工程光学类技术人才，如何将课程中比较抽象、复杂的光学 问题，比如硅基半导体的能带、PN结的形成过程、掺杂浓度对PN结位置的影响、 光生载流子的寿命、器件IV输出特性与负载之间的关系等物理问题，在抽象的数 学表达式之外帮助学生深刻理解其中的物理内涵和工程应用，成为教研组对课程 进行改革的方向[3，4]。
目前，该课程的实验安排时间较少，受实验设备和场地的限制，有些实验 很难开展，通过参考兄弟高校在这方面的经验、方法及成果的基础上，通过一些 分立知识点的编程设计，使学生逐步加深学生对于薄膜电池的结构和光学参数、 物理参数的直观认识；
通过综合案例的实践，可以启发学生思考PN结深度、掺 杂种类、环境温度等工程因素对器件效率的影响机制，提高学生的工程实践能力 和创新能力[5]。
二、wxAMPS仿真平台 软件模拟硅异质结太阳电池已经被广泛应用，模拟软件作为理论研究的工 具，可以使理论先行，使数学物理模型建立并应用于具体材料研究，再以更细致 的实验去检验理论的正确性，并不断完善理论。
目前比较流行的应用于光伏研究的太阳电池模拟软件有PC1D、ASA、 AMPS、AFORS-HRT、SCAPS等。由于研究太阳电池所用材料不同或者针对研 究的电池性能不同，各模拟软件针对不同的研究方向会建立不同的物理模型，以 及不断地改进算法以优化计算，所以会造成适合模拟的太阳电池类型不同，软件 性能也会有差异[6，7]。
wxAMPS的前身是著名的太阳电池模拟软件AMPS-1D，该软件是由美国 宾夕法尼亚大学FonashS教授等开发，优化了太阳电池在能带存在大量缺陷时的 模拟，适用于铜铟镓锡、非晶硅等太阳电池的模型。但是，因为接近30年时间没 有重要的软性更新，所以它逐渐跟不上现代计算机技术的人性化特点，以及在计 算速度等方面大大落后于新型软件[5]。
（1）载流子扩散―漂移模型是AMPS选用的基本物理模型，但该软件未 考虑隧穿效应。
（2）AMPS软件使用Newton-Laplace法，计算量大，耗费计算资源，而且 对计算初值比较敏感，有时甚至无法收敛。（3）AMPS用户界面设30层材料输入为上限，无法支持精度更高的太阳 电池模拟研究。
模拟操作步骤分为三步：
第一步，设定电池的环境参数，有温度、电池复合率等。光谱、偏置电压 和量子效率参数在软件中有已设置好的参数文件，可以直接选中打开，也可自己 编辑想要的参数，保存后选中打开。
第二步，依照自己的电池模型逐层设置材料的参数。在对话窗中分别有电 学参数Electrical、缺陷参数Defect、光学参数Optical、高级参数Advanced设置， 可以依据材料资料输入相关的半导体物理参数，如介电常数Permittivity、禁带宽 度Eg、电子亲和势Affinity、施主浓度Nd、受主浓度Na等。程序可以输入任意层 数的材料，并支持单层材料参数保存，也可以从软件中直接载入以往保持的材料 模型。