薄膜微晶硅太阳能电池亚微米周期陷光结构的优化设计与实验研究

【摘要】：薄膜太阳能电池作为下一代光伏器件最具有竞争力的角色,它们具有低成本、可实现柔性衬底上沉积以及易于发展光伏建筑一体化(BIPV)等特点。最近几年,特别是微晶硅(μc-Si：H)太阳能电池已经得到广泛的关注。最高稳定效率为10.3%的薄膜微晶硅太阳能电池已经研制成功。但是,因为微晶硅太阳能电池的厚度的非常薄,典型的厚度仅有0.8-1.5μm,且在长波长(600nm-1100nm)范围的吸收系数很低。为了增加薄膜微晶硅太阳能电池长波长波段光吸收,有效地陷光结构是非常必要的。如何得到最佳的陷光结构,改善薄膜微晶硅太阳能电池的性能具有很现实的意义。 本文在集成随机织绒陷光结构的薄膜微晶硅太阳能电池模型基础上,采用亚微米周期结构(一维三角光栅)作为微晶硅太阳能电池的陷光结构,通过数值计算优化光栅结构,分析光栅结构参数对薄膜微晶硅太阳能电池在长波长波段相关性能的影响并获得合适的光栅结构参数。然后,通过实验手段在铝基底上自组装形成亚微米周期凹槽型结构,分析该结构的光学性质,探索其作为薄膜微晶硅太阳能电池的背表面反射器的潜在陷光性能。主要工作内容及结论如下： 第一部分提出用于薄膜微晶硅太阳能电池陷光结构的亚微米周期性结构,即1D亚微米三角光栅。采用严格耦合波理论(RCWA)分析光栅的光学性质,研究光栅参数对其漫反射特性的影响。调节光栅结构参数,包括光栅周期和高度,得到漫反射性能较好的光栅参数。利用所得光栅结构参数,采用时域有限差分(FDTD)法评估不同的光栅周期和高度在600nm-1100nm波长范围内对薄膜微晶硅太阳能电池的光吸收、量子效率、短路电流的影响,并与平面结构作比较。最后得到光栅周期在800nm,高度为300nm时,微晶硅太阳能电池的短路电流值最大,相比于平面结构增加了3.8 mA/cm2。相比于微米级矩形光栅结构,最大短路电流提高了11.6个百分点,证明了一维亚微米三角光栅的陷光性能更有效。 第二部分采用铝阳极氧化方法,成功地在铝基底上自组装了亚微米周期凹槽型结构,并将该结构应用于薄膜微晶硅太阳能电池背表面反射陷光结构,分析其潜在的陷光性能。通过改变阳极氧化电压,得到三组不同周期的背表面反射器。采用扫描电子显微镜观察样品表面形貌和微结构,得到凹槽周期和深度大小。通过紫外可见近红外分光光度计测量了样品的漫反射性质,分析了样品周期大小与背表面反射结构光散射特性包括绒度系数、角散射分布等的关系。最后得到,随着周期的增大,样品的光散射特性越好；当凹槽周期为600nm时,光散射强度甚至超过Asahi-U型结构。这一结果显示,使用大周期凹槽结构作为薄膜太阳能电池背表面反射器时,将呈现出更加优越的陷光性能,更有效地改善薄膜太阳能电池的性能。 【关键词】：薄膜太阳能电池 微晶硅 陷光 量子效率 背表面反射器
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.42
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• 1. 绪论10-18
• 1.1. 世界光伏产业的发展现状10-13
• 1.2. 薄膜微晶硅太阳能电池研究现状13-16
• 1.3. 论文主要研究内容及意义16-18
• 2. 改善薄膜太能电池性能的陷光结构及研究方法18-31
• 2.1. 太阳能电池主要技术参数及影响因素18-21
• 2.2. 改善薄膜太阳能电池性能的陷光结构21-25
• 2.3. 评价陷光效应常用的计算方法25-30
• 2.3.1. 严格耦合波方法(RCWA)25-29
• 2.3.2. 时域有限差分法(FDTD)29
• 2.3.3. 有限元方法(FEM)29-30
• 2.4. 本章小结30-31
• 3. 薄膜微晶硅太阳能电池亚微米周期陷光结构的优化设计31-48
• 3.1. 引言31-32
• 3.2. 研究的基本结构模型32-35
• 3.3. 光栅分析35-37
• 3.4. 陷光结构对电池吸收的影响37-44
• 3.5. 陷光结构对电池短路电流的影响44-46
• 3.6. 计算结果与实验值比较46-47
• 3.7. 本章小结47-48
• 4. 薄膜微晶硅太阳能电池背表面陷光结构的实验研究48-60
• 4.1. 引言48-49
• 4.2. 背表面反射器实验制备49-53
• 4.2.1. 基本结构及制备方法49-50
• 4.2.2. 实验样品、试剂及主要仪器50-51
• 4.2.3. 实验装置和流程51-53
• 4.2.4. 表征和测试仪器53
• 4.3. 结果与讨论53-58
• 4.3.1. 背表面反射器微结构及表面形貌53-55
• 4.3.2. 背表面反射器光学特性55-58
• 4.4. 本章小结58-60
• 5. 总结与展望60-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-69

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

螺旋结构人工电磁媒质的优化设计    韩井玉;王群;唐章宏;施楣梧;肖红;

时域反射(TDR)测试问题分析    唐亮;赵春宇;

基于等离子体相位特性的谐波抑制方法    谢昕韬;袁斌;朱会柱;刘天胜;

一种新型的TD手机天线的设计    尹飞;

非标准波导-同轴电缆转换组件的研制    倪红坚;

石油钻杆与套管间空气层中微波传输模式的分析    田昊展;徐润章;肖璐瑶;孟英峰;陈一健;周静;

麦克斯韦电路理论的研究与发展    沈文辉;梅冠香;

“电磁场与电磁波”课程教学改革探索    李丹美,仇润鹤,叶建芳

空间功率合成技术的合成效率问题研究    江志浩;蔡德荣;王孜;

波阻式线路防雷设备在重雷区域的应用研究    李平;

微波对纤维素纤维结构与性能的影响及应用研究    张丽

高功率微波器件和电路的电磁兼容研究和设计    张金玲

热障涂层结构性能及健康状况微波无损检测方法研究    杨玉娥

基于IEEE802.11b（WLAN）标准的一种新型微带天线设计与实现    瞿秧华

公路零担货运站车辆配装优化方法研究    陆丹

城市路网交叉口检测器布设优化方法研究    孙爱娜

过模转弯波导的研究    丁艳峰

西瓜酮合成的工艺研究    张静

机载GPS微带天线的研究    孔祥峰

非磁化冷等离子体的频选特性理论及应用研究    刘天胜

8mm波导同轴转换和波导功率传输及检波技术研究    黄辉

中低压配电网单相接地故障自动定位系统与应用技术研究    张庆雷

人体中心网络微带天线设计和比吸收率研究    郑占旗

薄膜太阳能电池市场前景广阔    陈向力;

江南体育在线直播观看 玻璃及其薄膜的开发与应用(四)    徐美君;

薄膜太阳能电池明年量产——转换效率可达12%    刘广荣;

薄膜太阳能电池市场前景广阔    陈向力;

太阳能集电管突破薄膜电池技术壁垒    

薄膜太阳能电池前景光明    治明;

薄膜太阳能电池明年量产    

江南体育在线直播观看 电池的发展    施祖铭;

TiO_2基太阳能电池研究进展    陈云霞;郝江波;何鑫;

太阳能级多晶硅价格上扬非晶硅电池成热点    

浮法超白玻璃用晶硅太阳能电池盖板的研究    杜勇;李钊;

硅太阳能电池在1319nm激光辐照下的热激发载流子效应:一种对能量低于禁带宽度光子的响应研究    江天;

氟基等离子体诊断以及在多晶硅太阳能电池制绒中应用研究    邹帅;辛煜;唐中华;吉亮亮;苏晓东;

a-si太阳电池陷光结构的新模型及其优化    麦耀华;李洪波;杨恢东;薛俊明;任慧志;张德坤;李岩;王宗畔;耿新华;

统计制程控制在硅太阳能制造中的应用    高传楼;

环保型硅太阳能电池背场铝浆的研究进展    付明;丁骁;范琳;

构建生态宜居之都—从光伏建筑一体化开始    时方晓;陈曦;

斜入射下金属纳米颗粒对硅太阳能电池吸收增益的研究    夏子奂;

薄膜太阳电池用TCO玻璃发展分析    郭卫;陈静;

铜铟硒(CIS)薄膜太阳能电池吸收层的硒化工艺优化研究    王波;刘平;李伟;刘新宽;马凤仓;陈小红;

TDK：立足材料开发 诠释环保方向    本报记者 赵艳秋

“英利”N型单晶硅太阳能电池技术达国际领先水平    信国安　王炳洋

单晶硅太阳能电池基地奠基    记者 黄莹　通讯员 胡沛 冯涛 徐文婷

在汉生产单晶硅太阳能电池    记者 严运涛　通讯员 胡沛 冯涛 徐文婷

全省最大高效晶硅太阳能电池项目落户清流    魏永富

晶澳成全球最大晶体硅太阳能电池片供应商    通讯员 段同刚　记者 蔡计锁

英利N型硅太阳能电池技术实现新突破    记者 刘飞

单晶硅太阳能电池片芜湖问世    记者 沈宫石　通讯员 王贤志

晶澳跃升全球最大晶体硅太阳能电池厂商    通讯员 段同刚　高琴伟 记者 郑惠华

鄂旗又一重大项目获自治区立项备案    格日乐其其格

晶体硅太阳能电池梯度减反射膜及硅锭中晶体缺陷的研究    刘兵发

铜铟硒薄膜太阳能电池相关材料研究    万磊

纳米半导体材料对新型薄膜太阳能电池性能影响的研究    郭薇

溶胶—凝胶法制备铜锌锡硫（Cu_2ZnSnS_4）薄膜太阳能电池    苏正华

Cu_2ZnSnSe_4薄膜太阳能电池的制备及其p-n结能带偏移的研究    李纪

低温液相法制备三元硫属半导体薄膜的研究    石勇

柔性基底薄膜太阳能电池研究与试制    冯煜东

光伏电池表面微结构制备及其抗反射性能研究    张伟

硅基太阳能电池陷光材料及陷光结构的研究    王海燕

多晶硅太阳电池新腐蚀液的研究及其应用    刘志刚

薄膜微晶硅太阳能电池亚微米周期陷光结构的优化设计与实验研究    丁超

工业晶体硅太阳能电池栅线优化研究    王庆伟

高效多晶硅太阳能电池制备工艺研究    吴昊

单晶硅太阳能电池制绒新技术研究    古贺生

腐蚀法制备选择性发射极单晶硅太阳能电池的研究    海博

单晶硅太阳能电池表面织构制备方法研究    李洪昊

薄膜太阳能电池电极材料及陷光结构的构建与研究    徐娟

单晶硅太阳能电池效率进一步提高探索    游金钏

单晶硅太阳能电池生产工艺的研究    王瑶

晶体硅太阳能电池丝网印刷工艺优化的研究    李栋才