基于ZnTe:O中间带高效太阳电池的数值模拟

发布时间：2017-04-22 20:05

  本文关键词：基于ZnTe:O中间带高效太阳电池的数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文通过理论研究的方法对ZnTe:O中间带材料的性能进行研究,发现该材料很适合作为太阳能电池的光吸收层。在此基础上,进一步研究由ZnTe:O中间带材料制备出的太阳能电池,包括光生载流子、载流子的输运和复合、太阳能电池物理模型的建立及优化制造。紧接着,本文采用X射线光电子能谱对ZnTe:O材料的制备过程的描述及其化学特性与光电性能的研究发现该样品对光有很好的吸收能力,与传统ZnTe材料相比,对小于材料带隙的光谱的吸收范围明显增大,表明ZnTe:O材料更适合作为太阳电池的吸收层。本文最后在之前研究基础上设计出以ZnTe:O为吸收层的太阳电池的物理模型,并对该模型的太阳电池的影响因素及性能进行分析,发现：与ZnTe材料的太阳电池相比,ZnTe:O中间带电池确实具有较高的转换效率,短路电流约为前者的两倍左右。但是,由于在该物理模型中由于生产工艺及电池结构的原因,其总体转换效率并不高,但这并不表明ZnTe:O材料不适合作为太阳电池材料。因此,本文对ZnTe:O材料的太阳电池进行优化设计,并利用Burgelman等人开发的太阳电池电容模拟软件(SCAPS)对该结构的电池各性能进行测试,发现：(1)将ZnTe:O材料作为本征层时,电池的性能参数远远优于无本征层和本征层为ZnTe时；(2)不同掺杂类型的ZnTe:O本征层通过改变费米能级在中间带的位置影响太阳电池的性能参数,模拟计算结果显示：n型ZnTe:O作为本征层时短路电流密度JSc及电池效率分别为52.39 mA/cm2和61.58%,远高于p型ZnTe:O结构太阳电池。
【关键词】：中间带 ZnTe:O 材料带隙 电池效率 SCAPS
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 1 绪论12-20
• 1.1 引言12-13
• 1.2 太阳能电池的发展历史及现状13-15
• 1.3 第三代太阳电池技术15-20
• 1.3.1 太阳电池能量损失原理15-17
• 1.3.2 中间带太阳电池原理17-18
• 1.3.3 中间带太阳电池在国内外的研究现状18-20
• 2 理论基础20-32
• 2.1 半导体的光吸收机制20-21
• 2.2 半导体中的非平衡载流子21-23
• 2.2.1 载流子的漂移和扩散21-22
• 2.2.2 非平衡载流子的复合理论22-23
• 2.3 半导体的p-n结23-24
• 2.4 太阳能电池的主要性能参数24-25
• 2.5 电池模拟软件SCAPS25-32
• 2.5.1 SCAPS软件介绍25-26
• 2.5.2 SCAPS的计算方法26-27
• 2.5.3 SCAPS使用介绍27-32
• 3 ZnTe：O材料制备与性能32-38
• 3.1 ZnTe和高失配合金ZnTe：O简述32-33
• 3.2 ZnTe：O材料的光学性能33-38
• 3.2.1 ZnTe：O对光的反射和透射33-34
• 3.2.2 吸收系数34-38
• 4 ZnTe：O太阳电池的设计及性能参数38-54
• 4.1 ZnTe：O太阳电池的物理模型38-39
• 4.2 模拟中各参数对电池性能的影响39-44
• 4.2.1 中间带氧浓度对电池性能的影响39-42
• 4.2.2 施主浓度(N_D)对电池效率的影响42
• 4.2.3 受主浓度(N_A)对电池效率的影响42-43
• 4.2.4 光伏电池中的串联电阻(R_s)与并联电阻(R_(sh))43-44
• 4.3 ZnTe：O太阳电池电流-电压特性分析44-46
• 4.4 ZnTe：O太阳电池的优化设计46-54
• 4.4.1 优化ZnTe：O太阳电池物理模型46
• 4.4.2 ZnTe：O中间带对光谱吸收的影响46-49
• 4.4.3 ZnTe：O中间带本征层对电池性能影响49-54
• 5 结论与展望54-56
• 5.1 本文结论54
• 5.2 展望未来发展54-56
• 参考文献56-60
• 致谢60-62
• 硕士期间发表论文62

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 林家辉;彭启才;;n-ZnO/i-ZnO/p-nc-Si结构薄膜太阳能电池的模拟研究[J];电子元件与材料;2012年05期

2 苏剑峰;牛强;唐春娟;王昶清;张永胜;;新颖的第三代太阳能电池[J];材料导报;2010年15期

3 俞远高;侯国付;王锐;薛俊明;赵颖;耿新华;杨瑞霞;;微晶硅材料及其在太阳能电池中的应用[J];激光与光电子学进展;2006年08期

4 倪萌,M K Leung,K Sumathy;太阳能电池研究的新进展[J];可再生能源;2004年02期

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本文编号：321155