ZnO异质结太阳能电池模拟研究

【摘要】：太阳能作为一种清洁、无污染的能源,被有效地开发和利用是解决当今能源危机的重要方式之一。然而,现今太阳能电池的发展存在转换效率低、生产成本高等各种各样的问题。因此,开发新型太阳电池材料迫在眉睫。ZnO、CuZn2SeS4(简称CZTS)、CuIn1-xGaxSe2(简称CIGS)都是直接带隙半导体材料。其中,掺Al的ZnO薄膜具有低的电阻率和高的光透射率、无毒、价廉且稳定性高等优点使其是很好的透明导电电极和窗口材料。CZTS的吸收系数很高、元素无毒且丰富,适合作吸收层。CIGS太阳能电池高效率、高稳定性、而且抗辐射能力强;氧化镍是一种具有典型3d电子结构的P型氧化物半导体材料,禁带宽度为3.0~4.0 eV。总之,CZTS、CIGS、NiO均是良好的p型半导体材料。基于对上面四种材料的的分析,本文提出三种新型异质结太阳能电池模型:nZnO/i-ZnO/p-CZTS、n-ZnO/i-ZnO/p-CIGS、n-ZnO/i-ZnO/p-NiO。并运用AMPS-1D软件对异质结太阳能电池进行模拟,对i层厚度、n层掺杂浓度、p层掺杂浓度对电池填充因子、转换效率、开路电压以及短路电流的影响进行了模拟和分析。模拟结果表明,i层厚度的增加对提高太阳能电池的性能均有所帮助;增加n层掺杂浓度均有利于提高三种太阳能电池的转换效率;p层掺杂浓度的提高使CZTS和NiO太阳能电池的转换效率均有所提高,但对CIGS影响不大且高浓度的p层掺杂使其下降。在理想情况下模拟得到的CZTS、CIGS和NiO电池的最高转换效率分别为26.877%、24.681%、7.243%。 【关键词】：ZnO CZTS CIGS NiO 太阳能电池
【学位授予单位】：西华大学
【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
• 1 绪论8-13
• 1.1 太阳辐射8-9
• 1.2 太阳能的利用方式及光伏发电的特点9
• 1.3 太阳能电池的现状及前景9-10
• 1.4 太阳能电池种类10
• 1.5 薄膜太阳能电池特点及结构10-13
• 1.5.1 薄膜太阳能电池的特点10-11
• 1.5.2 薄膜太阳能电池结构11-13
• 2 太阳能电池的基本原理13-19
• 2.1 半导体pn结与pin结13-14
• 2.2 半导体异质结及其能带图14-15
• 2.3 太阳电池的光吸收15
• 2.4 太阳能电池的主要性能参数15-18
• 2.4.1 短路电流JSC15-16
• 2.4.2 开路电压Voc16
• 2.4.3 输出功率16-17
• 2.4.4 填充因子FF17
• 2.4.5 转换效率Eff17-18
• 2.5 本章小结18-19
• 3 AMPS-1D软件概论19-25
• 3.1 AMPS-1D软件简介19
• 3.2 AMPS-1D计算方法19-22
• 3.3 运行AMPS的步骤22-24
• 3.4 本章小结24-25
• 4 异质结电池的物理模型及典型性能25-42
• 4.1 材料在太阳能电池方面的应用25-26
• 4.1.1 ZnO在太阳能电池方面的应用25
• 4.1.2 CIGS在太阳能电池方面的应用25
• 4.1.3 CZTS在太阳能电池方面的应用25-26
• 4.1.4 NiO在太阳能电池方面的应用26
• 4.2 材料的结构与性质26-31
• 4.2.1 ZnO材料的晶体结构与性质26-27
• 4.2.2 ZnO的缺陷与掺杂27-29
• 4.2.3 CIGS材料的晶体结构与性质29-30
• 4.2.4 CIS材料的缺陷与掺杂30
• 4.2.5 CZTS材料的晶体结构与性质30-31
• 4.2.6 NiO材料的晶体结构与性质31
• 4.3 n-ZnO/i-ZnO/p-CIGS电池物理模型与典型结果31-35
• 4.4 n-ZnO/i-ZnO/p-CZTS电池物理模型与典型结果35-38
• 4.5 n-ZnO/i-ZnO/p-NiO电池物理模型与典型结果38-40
• 4.6 本章小结40-42
• 5 各种条件对n-ZnO/i-ZnO/p-CZTS太阳能电池性能的影响42-53
• 5.1 i层厚度对太阳能电池性能的影响42-46
• 5.2 n层掺杂浓度对太阳能电池性能的影响46-49
• 5.3 p层掺杂浓度对太阳能电池性能的影响49-51
• 5.4 本章小结51-53
• 6 各种条件对n-ZnO/i-ZnO/p-CIGS太阳能电池性能的影响53-62
• 6.1 i层厚度太阳能电池性能的影响53-56
• 6.2 n层掺杂浓度对太阳能电池性能的影响56-59
• 6.3 p层掺杂浓度对太阳能电池性能的影响59-61
• 6.4 本章小结61-62
• 7 各种条件对n-ZnO/i-ZnO/NiO太阳能电池的影响62-69
• 7.1 i层厚度对太阳能电池性能的影响62-64
• 7.2 n层掺杂浓度对太阳能电池性能的影响64-66
• 7.3 p层掺杂浓度对太阳能电池性能的影响66-68
• 7.4 本章小结68-69
• 结论69-71
• 参考文献71-75
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果75-76
• 致谢76-77

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