新型铜氧化物薄膜异质结太阳能电池的模拟研究

【摘要】：铜氧化物是一种具有很大应用潜力的光伏材料,其中Cu2O和CuO最具有研究价值。CuO的禁带宽度在1.2～1.9 eV之间,Cu2O的禁带宽度在2.0～2.5 eV之间,都与太阳光谱很匹配。但有关铜氧化物薄膜的研究还很少见报道,尤其是基于铜氧化物薄膜电池的模拟研究。因此,借助模拟工具进一步深入研究铜氧化物薄膜的光学特性,探索电池的结构参数是一个推动新型薄膜电池发展的重要研究课题。本文采用AMPS-1D软件对新型铜氧化物薄膜异质结太阳能电池进行了模拟,并建立了3种太阳能电池模型,包括：Cu2O/石墨烯薄膜异质结太阳能电池,CuO/石墨烯薄膜异质结太阳能电池,p-i-n结构的铜氧化物太阳能电池。对于Cu2O/石墨烯薄膜异质结太阳能电池,本文主要探讨了Cu2O薄膜厚度、Cu2O薄膜缺陷浓度、环境温度以及海水对电池表面的污染的影响；对于CuO/石墨烯薄膜异质结太阳能电池,主要探讨了CuO薄膜厚度、CuO薄膜缺陷浓度以及环境温度对电池的影响；对于p-i-n结构的铜氧化物太阳能电池,主要探讨了i型层厚度对电池性能的影响。模拟结果表明,对于Cu2O/石墨烯薄膜异质结太阳能电池,Cu2O薄膜的最佳厚度范围为2000～2100 nm,其最佳缺陷浓度范围为9×1015～1×1016 cm-3,太阳能电池的工作环境温度最佳选择范围为295～310 K,在理想情况下,得到的最大转换效率为0.803%。对于CuO/石墨烯薄膜异质结太阳能电池,CuO薄膜的最佳厚度范围为3000～4000 nm,其最佳缺陷浓度范围为6×1016～8×1016cm-3,电池的工作环境温度最佳范围为315～330 K,理想情况下电池最大转换效率为0.320%。对于p-i-n结构的铜氧化物太阳能电池,太阳能电池i型层厚度的最佳选择范围为1100～1200 nm,此时太阳能电池转换效率的最大值为1.340%。 【关键词】：太阳能电池 铜氧化物 AMPS-1D 厚度 缺陷浓度 环境温度
【学位授予单位】：集美大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 引言8-12
• 1.1 研究背景与意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-11
• 1.2.1 国外研究现状9-10
• 1.2.2 国内研究现状10-11
• 1.3 研究内容及关键问题11-12
• 第2章 基于AMPS-1D的太阳能电池模拟12-30
• 2.1 太阳能电池的基本原理12-16
• 2.1.1 太阳光谱12-13
• 2.1.2 半导体的光吸收与复合机制13-16
• 2.1.3 太阳能电池的特性参数16
• 2.2 太阳能电池的结构16-18
• 2.3 基于AMPS-1D的太阳能电池电学模型及方程18-20
• 2.4 AMPS-1D软件的使用方法20-30
• 第3章 Cu_2O/石墨烯异质结太阳能电池的模拟30-52
• 3.1 Cu_2O薄膜的特性30-31
• 3.2 Cu_2O薄膜异质结太阳电池的建模31-32
• 3.2.1 电池结构31
• 3.2.2 材料模拟参数31-32
• 3.3 模拟结果与分析32-51
• 3.3.1 Cu_2O薄膜厚度对电池性能的影响32-37
• 3.3.2 Cu_2O薄膜缺陷浓度对电池性能的影响37-43
• 3.3.3 海洋环境温度对电池性能的影响43-47
• 3.3.4 海水对电池表面的污染带来的影响47-51
• 3.4 小结51-52
• 第4章 CuO/石墨烯异质结太阳能电池的模拟52-67
• 4.1 CuO薄膜的特性52
• 4.2 CuO薄膜异质结太阳电池的建模52-53
• 4.2.1 电池结构52-53
• 4.2.2 材料模拟参数53
• 4.3 模拟结果与分析53-66
• 4.3.1 CuO薄膜厚度对电池性能的影响53-57
• 4.3.2 CuO薄膜缺陷浓度对电池性能的影响57-62
• 4.3.3 海洋环境温度对电池性能的影响62-66
• 4.4 小结66-67
• 第5章 p-i-n结构铜氧化物太阳能电池的模拟67-73
• 5.1 p-i-n结构铜氧化物太阳能电池的建模67-68
• 5.1.1 电池结构67
• 5.1.2 材料模拟参数67-68
• 5.2 模拟结果与分析68-71
• 5.3 小结71-73
• 第6章 总结与展望73-75
• 6.1 总结73
• 6.2 展望73-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-77

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