InGaN多结太阳能电池仿真研究

【摘要】：当前太阳能电池存在的一个普遍缺点是转换效率偏低，尤其是对于卫星、宇宙飞船等太空中的应用，由于场地面积非常有限，所以采用高转换效率的太阳能电池带来的好处是不言而喻的。目前高转换效率太阳能电池的研究热点是多结太阳能电池，也叫串联式太阳能电池，InGaN通过改变In组份可以实现禁带宽度从0.7eV到3.4eV的连续变化，这点非常适合制作多结太阳能电池，而且有实验表明InGaN具有比GaAs更强的抗辐照特性，更适合太空应用。 本文首先讲了太阳能电池的一些基础知识，然后对GaN和InGaN的材料参数及InGaN多结太阳能电池结构进行了深入的研究。本文的研究成果主要有： 1)关于GaN和InGaN材料折射率参数n和消光系数k的模型，本文通过学习和改进以往模型，建立了与实验数据更相符的n和k的模型。同时，本文重新拟合了GaN和InGaN材料电子低场迁移率模型中的参数，使其与实验结果更接近。 2）本文分别建立了InGaN单结、双结和三结太阳能电池结构模型，并利用Silvaco Atlas软件对其进行了仿真及结果分析，在AM1.5太阳光谱1倍光强下，分别实现了24.6%、32%和36%的高转换效率，同时对各结构太阳能电池进行聚光下仿真，转换效率都有明显提升，最后分析了少子寿命的影响，得出适当提高少子寿命会使转换效率有较明显提升的结论。 【关键词】：太阳能电池 多结 串联 InGaN 折射率
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 引言9-10
• 1.2 太阳能10-11
• 1.3 太阳能电池发展概况及种类11-13
• 1.3.1 第一代太阳能电池11-12
• 1.3.2 第二代太阳能电池12-13
• 1.3.3 第三代太阳能电池13
• 1.4 InGaN 多结太阳能电池的研究背景及原因13-14
• 1.5 论文主要研究工作14-15
• 第二章 太阳能电池基本原理及概念15-21
• 2.1 太阳能电池基本原理15-17
• 2.1.1 p-n 结内建电场的产生15-16
• 2.1.2 光照下的 p-n 结16
• 2.1.3 光生载流子输运过程中影响转换效率的因素16-17
• 2.2 太阳能电池特性参数17-19
• 2.3 太阳辐射光谱及太阳常数19-21
• 2.3.1 太阳辐射光谱19-20
• 2.3.2 太阳常数20-21
• 第三章 材料参数模型建立及计算21-37
• 3.1 折射参数模型21-28
• 3.1.1 折射参数的定义21-22
• 3.1.2 GaN 和 InGaN 折射率参数 n 的模型22-24
• 3.1.3 GaN 和 InGaN 消光系数 k 的模型24-28
• 3.2 GaN 和 InGaN 低场迁移率模型28-30
• 3.3 极化效应30-36
• 3.3.1 极化的产生31-32
• 3.3.2 极化电荷的计算32-34
• 3.3.3 极化电荷计算结果34-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第四章 太阳能电池模型及 silvaco 仿真分析37-57
• 4.1 太阳能电池设计原则37-40
• 4.2 单结 InGaN 太阳能电池模型建立及 silvaco 仿真结果分析40-45
• 4.3 双结 InGaN 太阳能电池模型建立及 silvaco 仿真结果分析45-51
• 4.3.1 隧道结45-47
• 4.3.2 模型建立及仿真结果分析47-51
• 4.4 三结 InGaN 太阳能电池模型建立及 silvaco 仿真结果分析51-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第五章 总结与展望57-59
• 致谢59-61
• 参考文献61-64

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