太陽電池表面強(qiáng)化吸收機(jī)理與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著化石燃料資源的日益減少及其燃燒排放所造成環(huán)境問題的加劇，發(fā)展新的清潔能源與可再生能源成為人類最迫切的需求之一，其中太陽能資源以其儲(chǔ)量巨大及分布廣泛等優(yōu)勢(shì)成為最有潛力的可再生清潔能源。然而目前太陽光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)相對(duì)于傳統(tǒng)能源產(chǎn)業(yè)仍處于劣質(zhì)，其高成本和低效率是現(xiàn)階段難以大規(guī)模應(yīng)用最為關(guān)鍵的問題。研究發(fā)現(xiàn)，通過控制太陽電池表面結(jié)構(gòu)形態(tài)特征，可有效提高太陽電池表面的吸收特性，從而降低光學(xué)損失，提高轉(zhuǎn)換效率。近年來，隨著微加工工藝的快速發(fā)展，微

2、結(jié)構(gòu)表面光譜控制問題引起了廣泛關(guān)注，并有著重要的工程應(yīng)用價(jià)值。本文以太陽電池表面強(qiáng)化吸收特性為主要研究對(duì)象，同時(shí)開展太陽電池微結(jié)構(gòu)表面加工方面的研究，主要內(nèi)容包括:
　　1、太陽電池基礎(chǔ)理論與數(shù)值計(jì)算方法
　　針對(duì)太陽電池吸收太陽光子、產(chǎn)生電子-空穴對(duì)的物理過程，基于電磁理論，建立微結(jié)構(gòu)太陽電池計(jì)算模型，采用麥克斯韋方程組描述入射光與太陽電池的相互作用;通過時(shí)域有限差分(FDTD)方法離散麥克斯韋方程組，建立數(shù)值計(jì)算方法。<

3、br>　　2、單晶硅太陽電池表面強(qiáng)化吸收機(jī)理及結(jié)構(gòu)優(yōu)化
　　研究單晶硅太陽電池表面工作波段光譜吸收特性;深入分析偏正方式、結(jié)構(gòu)特征參數(shù)、溫度對(duì)單晶硅太陽電池一維單調(diào)光柵表面光譜特性的影響;針對(duì)單調(diào)光柵吸收特性波段受限的問題，優(yōu)化設(shè)計(jì)一維組合式光柵結(jié)構(gòu)，研究其光譜特性，有效提高整個(gè)計(jì)算波段的光譜吸收，根據(jù)研究結(jié)果分析其強(qiáng)化吸收機(jī)理。同時(shí)，將二維納米柱陣列用于增強(qiáng)單晶硅太陽電池的光捕獲，選擇合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)同樣能夠提高光吸收。此外，基于

4、太陽電池理想短路電流密度的計(jì)算方法，計(jì)算AM1.5太陽光譜條件下，不同微結(jié)構(gòu)表面單晶硅太陽電池的短路電流密度。
　　3、硅基薄膜太陽電池表面強(qiáng)化吸收機(jī)理及結(jié)構(gòu)優(yōu)化
　　基于前電極、背電極、本征吸收層等因素的影響，建立了a-Si∶H薄膜太陽電池光譜特性計(jì)算模型，利用FDTD方法研究薄膜電池光譜特性，基于Fabry-Perot(FP)Mode分析其內(nèi)部的共振模式。提出將納米粒子加入ITO/a-Si∶H上界面，有效提高了a-Si∶

5、H薄膜太陽電池短波段的光吸收，分析納米粒子材料屬性、結(jié)構(gòu)尺寸、位置等因素對(duì)電池吸收特性的影響。同時(shí)研究背反結(jié)構(gòu)、復(fù)合減反結(jié)構(gòu)在強(qiáng)化太陽光譜吸收的作用。
　　4、硅太陽電池強(qiáng)化吸收實(shí)驗(yàn)研究
　　采用磁控濺射在硅片表面制備出銀薄膜，通過退火工藝形成銀納米粒子;基于電感耦合等離子體刻蝕技術(shù)(ICP)制備出納米錐狀結(jié)構(gòu)，并分析了刻蝕時(shí)間和刻蝕功率對(duì)錐狀結(jié)構(gòu)形貌的影響;利用掃描電鏡描述錐狀結(jié)構(gòu)表面形貌，通過紫外-可見-近紅外分光光度計(jì)