Comsol 模擬

以下將利用 COMSOL 模擬電極圖形在優化前後之特性，圖 3-19 為模擬結構 與邊界條件之示意圖，其中電極圖形之匯流區設定為 250m 且於其四周設定為接 地點，設定金之厚度為 1m，其半導體部分以 GaAs 之電阻率約為 10^-5左右，並且 設定一向上之面電流密度 50mA/cm²模擬光伏太陽能電池照光時之情形。

圖 3-19 模擬結構與邊界條件示意圖

以下將藉由模擬之電流密度分布圖分析各種優化之優劣，由於較大的電流密 度會伴隨著產生較高的溫度，表示其最大電流密度產生處則會產生較高之溫度，

使得元件因熱產生衰竭，故在相同地的電流下，電極之電流密度應越均勻，才不 會造成元件之損壞。

圖 3-20 為電極間距 125m、覆蓋率 6%之各種優化電流密度分布圖，其中未 做任何優化之電極圖形(圖 3-20(a))，其電流密度分布較不均勻，而使用階梯式線寬 優化後(圖 3-20(b))，其每一指狀電極之間的電流密度較均勻，而使用漸變線寬優化 後(圖 3-20(c))，指狀電極本身之電流密度分布較均勻，若同時使用兩種優化(圖 3-20(d))，則同時擁有每一指狀電極之間的電流密度分布均勻，與指狀電極本身之 電流密度分布均勻之效果。

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圖 3-20 各種優化之電流密度分布圖

接下來將其電流密度值進行更進一步之分析，由於電流密度最大值分布在中 央指狀電極上，故接下來將一般型式與各種優化之中央指狀電極進行末端至前端 之電流密度進行取值之動作，得到圖 3-21，其中發現一般型式之電流密度最高，

而其次為只進行階梯式線寬優化之圖形，再來是進行漸變線寬優化之圖形，而同 時使用兩種優化之圖形電流密度則最低，而未進行漸變線寬優化之電極圖形 (Normal、Stepwidth)其電流密度呈線性增加，其電流密度集中於指狀電極之前端，

而使用漸變線寬優化後之圖形(Taper、SW&Taper)其電流密度較均勻分布於整個指 狀電極。接著將分析各個指狀電極之最大電流密度之間的關係，圖 3-22 為各個指 狀電極之電流密度最大值之關係圖，其中沒有使用階梯式線寬優化之圖形(Normal、

Taper)其電流密度較集中於中央指狀電極，而使用階梯式線寬之圖形(Step width、

SW&Taper)其電流密度則較均勻分布在每一指狀電極中。

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圖 3-21 中央指狀電極電流分布曲線圖

圖 3-22 各指狀電極之最大電流密度關係圖

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接下來將模擬各種優化圖形將邊長增加後，將其電極產生之焦耳熱進行積分，

與理論模型進行比較，由於理論模型並未考慮匯流區造成之影響，故需將上述模 擬之接地點改設為指狀電極之前端接面處並且將上述之面電流密度改為三接面光 伏晶片 100 倍下之面電流密度 15×100mA/cm²如圖 3-23，以進行模擬。

圖 3-23 未考慮匯流區之模擬結構示意圖

圖 3-24 為覆蓋率 6%，電極間距 125m，一般型式圖形模擬值與理論值之金 屬電極功率消耗與邊長之關係圖，理論值與模擬值幾乎相同，驗證了上述之理論 模型的正確性。接下來將功率換算成電阻值可得其電阻值與邊長大小之關係如 圖 3-25，其中理論值與不考慮匯流區之電阻值隨著邊長增加趨勢相同，皆是當邊 長小時其阻值較大，隨著邊長增加而減少趨近於穩定值；但考慮匯流區之電阻值 則為邊長小時阻值較小，隨著邊長增加而增加趨於穩定值，會有此差意主要為匯 流區會造成靠近匯流區之電流直接向匯流區流動，使得指狀電極通過之電流降低，

所以在邊長小之情形下會造成計算之誤差，但由於實際上之電極圖形一定有匯流 區，故模擬還是必須考慮匯流區之情況下進行分析。圖 3-26、3-27 分別為覆蓋率 6%、電極間距 250m 下各種優化理論值與模擬值之邊長與功率消耗之關係圖，其 趨勢也同理論模型，說明了各種優化確實可降低其金屬之消耗功率。

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圖 3-24 模擬與理論之元件大小與消耗功率關係圖

圖 3-25 模擬與理論之元件大小與金屬電阻關係圖

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圖 3-26 理論計算之邊長與功率消耗關係圖

圖 3-27 模擬之邊長與功率消耗關係圖

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