基于电致发光和分布式电路建模的太阳能电池缺陷类型分析
发布时间：2021-04-05 20:38
大力发展以太阳能为主导的可再生能源,是解决能源危机、应对气候变化以及保护生态环境的有效举措,同时也是人类寻求可持续发展的必然选择。太阳能电池能够将太阳辐射能直接转化为电能,其转换效率的突破与提升对太阳能的开发利用有着积极的推动作用。然而,由于材料固有的晶粒结构以及制造过程中特定工艺等因素的影响所产生的缺陷点,会降低太阳能电池的转换效率进而造成整体性能的衰退。为了给太阳能电池的设计制造提供更多有价值的参考意见,对缺陷点进行深入透彻的研究是十分必要的。绝对电致发光（EL,Electroluminescence）成像技术能够表征太阳能电池的局部缺陷以及空间非均匀特性,二维分布式等效电路建模有助于深入理解太阳能电池的电学性能,两者的结合为缺陷点的研究提供了全新的思路。本文测试了Si、GaAs以及CIGS太阳能电池在不同注入电流密度下的绝对EL图像,利用HSPICE对太阳能电池的二维分布式等效电路模型进行了模拟仿真,研究了暗点缺陷与亮点缺陷处的EL强度随注入电流密度的变化趋势,并从电学角度将这些缺陷点的起源归结于不同的缺陷类型。基于绝对电致发光成像与二维分布式等效电路建模,提出一种非破坏性的、可...
【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
019年至2024年全球可再生能源产能增长情况预测[1]
华东师范大学硕士学位论文2新增产能的强劲反弹。报告显示，预计在2019年至2024年期间，全球可再生能源总装机量将增长50%，这新增的1200GW相当于目前美国的总装机量。而在众多可再生能源当中，仅太阳能一项就占到了预期增长的近60%。此外，全球光伏发电累计装机量预计在2024年达到1.2TW，在预测期内增长了2.5倍，而中国占增长总量的40%以上。成本的不断削减以及全球各国大量支持性政策的出台，必将使太阳能在未来的世界能源格局中占据主导地位。图1.12019年至2024年全球可再生能源产能增长情况预测[1]图1.2按国家/地区划分的光伏产能增长情况[1]光伏发电能够将太阳辐射能直接转化为电能，是开发利用太阳能的关键技术。作为光伏发电的核心器件，太阳能电池一直是众多国内外学者的研究热点。随着
华东师范大学硕士学位论文3全球范围内的竞相研究，太阳能电池转换效率的记录几乎每年都在刷新提高[2]。尽管目前已有许多光伏材料实现了商业化，如晶体Si、单晶GaAs以及薄膜多晶Cu(In,Ga)Se2（CIGS）等，但由于材料固有的晶粒结构以及制备过程中所采用的特定工艺[3-9]，在太阳能电池中普遍存在缺陷点。这些局部缺陷点不仅会导致太阳能电池的空间非均匀特性，而且会降低太阳能电池的转换效率[10-13]。除此之外，当太阳能电池被安置在户外而长期使用时，受温度、湿度以及太阳辐照等因素的影响，缺陷点还可能会进一步恶化变差，从而造成太阳能电池整体性能的衰退[14-17]。由此可见，缺陷点已成为通往太阳能电池极限转换效率道路上的绊脚石，其诸多不利影响不容忽视。图1.3美国国家可再生能源实验室（NREL）最新公布的太阳能电池最高转换效率图[18]太阳能电池在生产制造过程中对缺陷点的控制，决定着其最终的性能与质量[19,20]。通过对太阳能电池进行检测分析，可以在样品试验阶段发现太阳能电池存在的缺陷点，进而通过改进工艺或者修改设计来确保在大规模量产时能够减少缺陷点的引入。从物理学的角度来看，扫描电子显微镜、透射电子显微镜以及能量色散X射线谱等显微技术能够很好地检测出太阳能电池中的缺陷点[21,22]。然而，从电学角度对太阳能电池缺陷点进行定量分析的研究尚未广泛开展。为了能够给太阳能电池的设计和制造提供有指导意义的反馈性意见，提出一种简易快速、高效准确的缺陷点分析方法是十分必要的。
【参考文献】：
期刊论文
[1]太阳能电池的研究现状与进展[J]. 梁启超,乔芬,杨健,姜言森,徐谦,王谦. 中国材料进展. 2019(05)
[2]砷化镓基光伏电池表面缺陷研究[J]. 郑洲,罗琦,严晗,李鹏,李鹏辉,江海涛,杨鹏,陈慧玲. 武汉理工大学学报. 2017(03)
[3]25%效率晶体硅基太阳能电池的最新进展[J]. 邓庆维,黄永光,朱洪亮. 激光与光电子学进展. 2015(11)
[4]基于不同电压下的电致发光和红外成像的太阳能电池缺陷检测[J]. 鲁伟明,李省,张付特,符欣,胡辉. 发光学报. 2014(12)
[5]钙钛矿太阳能电池:光伏领域的新希望[J]. 魏静,赵清,李恒,施成龙,田建军,曹国忠,俞大鹏. 中国科学:技术科学. 2014(08)
[6]基于电致发光成像理论的硅太阳电池缺陷检测[J]. 王超,蒋晓瑜,柳效辉. 光电子.激光. 2011(09)
[7]光伏电路的PSpice仿真与实验研究[J]. 方波,陈兰莉. 微型机与应用. 2010(02)
[8]硅太阳能电池视觉检测方法研究[J]. 张舞杰,李迪,叶峰. 计算机应用. 2010(01)
[9]基于Pspice模拟行为模型的光伏阵列建模[J]. 王章权,张超,何湘宁. 计算机仿真. 2007(08)
硕士论文
[1]基于电致发光和等效电路模型的GaAs太阳能电池分析[D]. 陈腾飞.华东师范大学 2018
[2]利用电致发光检测晶硅太阳电池特性及电致发光法测定晶硅太阳电池少子寿命[D]. 刘霄.上海交通大学 2013
本文编号：3120065
【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
019年至2024年全球可再生能源产能增长情况预测[1]
华东师范大学硕士学位论文2新增产能的强劲反弹。报告显示，预计在2019年至2024年期间，全球可再生能源总装机量将增长50%，这新增的1200GW相当于目前美国的总装机量。而在众多可再生能源当中，仅太阳能一项就占到了预期增长的近60%。此外，全球光伏发电累计装机量预计在2024年达到1.2TW，在预测期内增长了2.5倍，而中国占增长总量的40%以上。成本的不断削减以及全球各国大量支持性政策的出台，必将使太阳能在未来的世界能源格局中占据主导地位。图1.12019年至2024年全球可再生能源产能增长情况预测[1]图1.2按国家/地区划分的光伏产能增长情况[1]光伏发电能够将太阳辐射能直接转化为电能，是开发利用太阳能的关键技术。作为光伏发电的核心器件，太阳能电池一直是众多国内外学者的研究热点。随着
华东师范大学硕士学位论文3全球范围内的竞相研究，太阳能电池转换效率的记录几乎每年都在刷新提高[2]。尽管目前已有许多光伏材料实现了商业化，如晶体Si、单晶GaAs以及薄膜多晶Cu(In,Ga)Se2（CIGS）等，但由于材料固有的晶粒结构以及制备过程中所采用的特定工艺[3-9]，在太阳能电池中普遍存在缺陷点。这些局部缺陷点不仅会导致太阳能电池的空间非均匀特性，而且会降低太阳能电池的转换效率[10-13]。除此之外，当太阳能电池被安置在户外而长期使用时，受温度、湿度以及太阳辐照等因素的影响，缺陷点还可能会进一步恶化变差，从而造成太阳能电池整体性能的衰退[14-17]。由此可见，缺陷点已成为通往太阳能电池极限转换效率道路上的绊脚石，其诸多不利影响不容忽视。图1.3美国国家可再生能源实验室（NREL）最新公布的太阳能电池最高转换效率图[18]太阳能电池在生产制造过程中对缺陷点的控制，决定着其最终的性能与质量[19,20]。通过对太阳能电池进行检测分析，可以在样品试验阶段发现太阳能电池存在的缺陷点，进而通过改进工艺或者修改设计来确保在大规模量产时能够减少缺陷点的引入。从物理学的角度来看，扫描电子显微镜、透射电子显微镜以及能量色散X射线谱等显微技术能够很好地检测出太阳能电池中的缺陷点[21,22]。然而，从电学角度对太阳能电池缺陷点进行定量分析的研究尚未广泛开展。为了能够给太阳能电池的设计和制造提供有指导意义的反馈性意见，提出一种简易快速、高效准确的缺陷点分析方法是十分必要的。
【参考文献】：
期刊论文
[1]太阳能电池的研究现状与进展[J]. 梁启超,乔芬,杨健,姜言森,徐谦,王谦. 中国材料进展. 2019(05)
[2]砷化镓基光伏电池表面缺陷研究[J]. 郑洲,罗琦,严晗,李鹏,李鹏辉,江海涛,杨鹏,陈慧玲. 武汉理工大学学报. 2017(03)
[3]25%效率晶体硅基太阳能电池的最新进展[J]. 邓庆维,黄永光,朱洪亮. 激光与光电子学进展. 2015(11)
[4]基于不同电压下的电致发光和红外成像的太阳能电池缺陷检测[J]. 鲁伟明,李省,张付特,符欣,胡辉. 发光学报. 2014(12)
[5]钙钛矿太阳能电池:光伏领域的新希望[J]. 魏静,赵清,李恒,施成龙,田建军,曹国忠,俞大鹏. 中国科学:技术科学. 2014(08)
[6]基于电致发光成像理论的硅太阳电池缺陷检测[J]. 王超,蒋晓瑜,柳效辉. 光电子.激光. 2011(09)
[7]光伏电路的PSpice仿真与实验研究[J]. 方波,陈兰莉. 微型机与应用. 2010(02)
[8]硅太阳能电池视觉检测方法研究[J]. 张舞杰,李迪,叶峰. 计算机应用. 2010(01)
[9]基于Pspice模拟行为模型的光伏阵列建模[J]. 王章权,张超,何湘宁. 计算机仿真. 2007(08)
硕士论文
[1]基于电致发光和等效电路模型的GaAs太阳能电池分析[D]. 陈腾飞.华东师范大学 2018
[2]利用电致发光检测晶硅太阳电池特性及电致发光法测定晶硅太阳电池少子寿命[D]. 刘霄.上海交通大学 2013
本文编号：3120065
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