表面微结构与载流子复合对太阳能光电转换的影响机制研究

发布时间：2022-12-07 04:33

　　随着能源危机与环境恶化的日益加剧,发展清洁、可持续能源成为世界各国的重要研究目标。太阳能凭借其资源总量大、使用清洁、无偿性、无地域性等优点,己成为全球可再生能源发展战略的重要组成部分。为了推进太阳能资源大规模应用,如何高效利用太阳能是现阶段太阳能产业化应用的关键问题。研究发现,通过光子管理设计微结构表面,可以增强光子捕获,降低光学损耗。然而微结构表面会引起载流子复合增强效应,影响太阳能电池光电转换效率。因此,认识和理解微结构表面与载流子复合对太阳能光电转换的物理机制具有十分重要的意义。本文以太阳能高效利用为目标,以光伏电池、光伏-热电耦合系统、太阳能热电发电器件为研究对象,围绕微结构表面强化吸收以及载流子复合效应展开研究,阐明了表面微结构与载流子复合在太阳能捕获、吸收、输运、转换等过程中所起的作用,揭示了表面微结构与载流子复合在太阳能光电转换中的作用机理,为高效利用太阳能提供了理论基础及设计准则。具体研究内容包括以下几个方面:1.微结构硅薄膜太阳能电池光电特性研究微结构表面可以有效提高光子捕获能力,但是同时也带来了表面复合增强的难题,影响电学特性。基于光电耦合模型,从表面复合效应和温度... 

【文章页数】：151 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
主要符号及单位表
1 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 薄膜太阳能电池强化吸收研究
        1.2.2 载流子复合特性研究
        1.2.3 太阳能热电发电器件研究
        1.2.4 光伏-热电耦合系统研究
    1.3 本文工作的主要内容
2 微结构能源器件基础及研究方法
    2.1 太阳能电池工作原理
    2.2 太阳能电池光电耦合模型与计算方法
        2.2.1 光学模型
        2.2.2 电学模型
        2.2.3 数值计算方法
    2.3 太阳能热电发电器件工作原理
    2.4 太阳能热电发电器件模型
    2.5 本章小结
3 微结构硅薄膜太阳能电池光电特性研究
    3.1 引言
    3.2 表面复合的影响
        3.2.1 计算模型
        3.2.2 表面复合速率的影响
        3.2.3 光栅微结构表面几何结构参数的影响
        3.2.4 光栅微结构表面几何结构参数优化
    3.3 温度的影响
        3.3.1 计算模型
        3.3.2 温度对光学特性的影响
        3.3.3 温度对电学特性的影响
        3.3.4 热膨胀系数的影响
    3.4 本章小结
4 钙钛矿太阳能电池能量损耗分析
    4.1 引言
    4.2 计算模型及模型验证
    4.3 能量损耗机制理论描述
        4.3.1 输出功率
        4.3.2 低于半导体带隙损耗
        4.3.3 热化损耗
        4.3.4 光学损耗
        4.3.5 复合损耗与空间弛豫损耗
    4.4 计算结果与分析
    4.5 钙钛矿太阳能电池效率提升方法
    4.6 本章小结
5 微结构表面光伏-热电耦合系统性能研究
    5.1 引言
    5.2 计算模型与数值方法
    5.3 理论模型验证
    5.4 计算结果与分析
        5.4.1 光伏-热电耦合系统光谱特性分析
        5.4.2 光伏电池转换效率
        5.4.3 光伏-热电耦合系统转换效率
        5.4.4 仿生蛾眼结构表面与平板结构表面性能比较
    5.5 本章小结
6 微结构Si/PEDOT:PSS异质结太阳能电池实验研究
    6.1 引言
    6.2 实验部分
        6.2.1 实验材料和试剂
        6.2.2 实验仪器
        6.2.3 实验步骤
    6.3 实验结果和讨论
        6.3.1 光学特性
        6.3.2 电学特性
    6.4 本章小结
7 微结构选择性光谱调控提高太阳能热电发电器件性能研究
    7.1 引言
    7.2 计算模型与数值方法
    7.3 计算结果与分析
        7.3.1 几何结构参数的影响
        7.3.2 热聚焦因子的影响
        7.3.3 入射角和偏振角的影响
        7.3.4 晶格排列以及不同微结构表面的影响
    7.4 本章小结
8 结束语
    8.1 主要研究结论
    8.2 主要创新点
    8.3 下一步研究设想
致谢
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参考文献


【参考文献】：
期刊论文
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[2]纳米流体强化冷端传热对热电发电效率的影响[J]. 邢姣娇,吴子华,谢华清,王元元,毛建辉.  工程热物理学报. 2016(07)
[3]硅薄膜太阳电池表面纳米线阵列光学设计[J]. 耿超,郑义,张永哲,严辉.  物理学报. 2016(07)
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博士论文
[1]冷热源微小型热电电源的研究[D]. 宋瑞银.浙江大学 2006



本文编号：3712240