绒面氧化锌用作非晶硅薄膜电池前电极的研究

发布时间：2017-07-29 11:04

  本文关键词：绒面氧化锌用作非晶硅薄膜电池前电极的研究

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【摘要】：非晶硅薄膜太阳能电池拥有很多优良的性能,比如较低的沉积温度、较低的成本以及便携性,还可以用作大面积的功率型太阳能电池。但是光电转化效率低一直是制约其发展的一个障碍,所以为了尽可能的提高非晶硅电池的转化效率,我们在电池顶层引入了绒面氧化锌前电极薄膜层,来提高电池的性能。本论文主要从理论仿真方面对非晶硅薄膜太阳能电池进行研究:应用SilvacoTCAD软件设计出拥有绒面氧化锌前电极结构的电池模型,并分析了器件参数对电池性能的影响,优化出性能最佳的绒面参数和电池各层的参数;在各层参数优化完毕后,我们定义绒面结构的顶角为参数变量,再次对电池仿真,得出顶角与电池性能的关系并将结果与没有绒面结构的电池对比,最后在全天候的条件下,进一步研究了绒面结构对电池性能的影响。通过Silvaco-TCAD软件设计出绒面ZnO/p-a-Si/i-a-Si/n-a-Si/Al和p-a-Si/i-aSi/n-a-Si/Al结构的电池模型,并对带有绒面ZnO的非晶硅电池优化出最佳结构参数:绒面三角形ZnO顶角为10°,ZnO增透膜的厚度为62.5nm、i层的厚度为400nm、p层的厚度为6nm、n层的厚度为20nm、掺杂浓度为1019 cm-3左右,仿真得到了最高的非晶硅电池光电转化效率为9.571%。与无氧化锌前电极电池最高的光电转化效率8.412%相比,效率增加了约13.5%。在绒面三角形高度固定的情况下,绒面三角形顶角角度的减小会使得电池转化效率增大,说明绒面度越高,绒面的陷光作用越好。最后计算出了电池在一天中产生的能量,得到全天产生的能量为251.5J,提高幅度达到了19.6%,这说明绒面结构对非垂直入射的光线具有更好的陷光作用。最后通过实验制备了四组ZnO薄膜样本,采用湿化学腐蚀的办法制备绒面结构的ZnO薄膜样品,分别刻蚀了三组样本,然后对四组样本性能进行检测,经过对样本透射率的研究,经过刻蚀之后的样本的总透射率有明显提高,而且刻蚀时间越长,透射率越高。
【关键词】：绒面氧化锌前电极 非晶硅 Silvaco-TCAD软件 转化效率
【学位授予单位】：东华理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 能源危机8-9
• 1.2 我国能源状况9-11
• 1.3 太阳能电池的发展11-13
• 1.3.1 太阳能电池的发展历程11
• 1.3.2 太阳能电池的发展现状及未来展望11-13
• 1.4 本论文研究的主要内容13-16
• 第二章 太阳能电池及绒面陷光理论16-32
• 2.1 太阳能电池相关理论16-23
• 2.1.1 半导体和PN结相关理论16-20
• 2.1.2 PN结能带图和伏安特性曲线20-22
• 2.1.3 太阳能电池的工作原理22-23
• 2.2 绒面陷光理论23-25
• 2.3 太阳能电池的输出特性25-28
• 2.3.1 等效电路25-26
• 2.3.2 太阳能电池的特性参数26-28
• 2.4 太阳能电池效率的影响因素28-29
• 2.5 本章小结29-32
• 第三章 非晶硅太阳能电池结构及仿真特性32-44
• 3.1 非晶硅太阳能电池特性32-33
• 3.2 氧化锌薄膜特性33-34
• 3.3 仿真软件Silvaco-TCAD简介34-36
• 3.4 电池结构及材料参数36-39
• 3.4.1 电池结构设计37-38
• 3.4.2 材料参数选择38-39
• 3.5 能带图仿真39-40
• 3.6 量子效率仿真40-41
• 3.7 本章小结41-44
• 第四章 非晶硅太阳能电池的性能优化44-56
• 4.1 平面Zn O前电极厚度的优化44
• 4.2 i层厚度的优化44-48
• 4.3 掺杂浓度的优化48-51
• 4.4 p层、n层厚度的优化51-52
• 4.5 绒面Zn O顶角的优化52-53
• 4.6 两种模型优化结果的比对53-54
• 4.7 本章小结54-56
• 第五章 全天候太阳能电池性能的模拟56-60
• 5.1 不同入射角的电池功率模拟56-57
• 5.2 全天电池输出能量的模拟57-58
• 5.3 本章小结58-60
• 第六章 绒面Zn O前电极的制备和性能初步研究60-66
• 6.1 绒面Zn O的制备60-63
• 6.1.1 磁控溅射60-61
• 6.1.2 实验参数61-62
• 6.1.3 制备过程62-63
• 6.1.4 绒面的制备63
• 6.2 薄膜的表征63-64
• 6.3 测试结果与分析64-65
• 6.4 本章小结65-66
• 第七章 总结与展望66-68
• 致谢68-70
• 参考文献70-72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

1 张义;;中国能源消费的影响因素分析[J];经营管理者;2016年05期

2 李玲;李明标;;pin型非晶硅薄膜太阳能电池优化设计[J];科技与企业;2015年10期

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本文编号：588820