基于电致发光和等效电路模型的GaAs太阳能电池分析

发布时间：2020-03-22 22:09

【摘要】：太阳能是一种重要的清洁可再生能源,太阳能电池作为将光能转化成电能的关键器件,是开发利用太阳能的关键。太阳能电池的缺陷是影响太阳能电池效率的重要因素,分析太阳能电池的缺陷对提高其效率具有重要意义。电致发光(EL,Electroluminescence)强度分布图像可以直观的检测到太阳能电池的不均匀性以及缺陷分布情况,结合太阳能电池二维等效电路模型,可以更加深入地研究太阳能电池的缺陷特性及其影响。本论文首先测量了GaAs太阳能电池在不同电流密度下的EL图像,然后建立了GaAs太阳能电池二维等效电路模型来模拟电池暗条件下的J-V关系和EL分布,确定了模型的拟合参数,随后利用模型分析了电阻参数对太阳能电池的影响,以及不同类型缺陷对EL分布的影响,开发出了一种根据缺陷点EL损失和注入电流密度的变化关系来确定太阳能电池缺陷类型的检测方法。主要工作及研究内容如下:1)实验测量了GaAs太阳能电池暗条件下的J-V关系,EL响应光谱,EQE谱以及不同注入电流密度下的EL图像。基于GaAs太阳能电池结构,建立了GaAs太阳能电池二维等效电路模型,说明了电路模型各个器件参数的意义以及与实际电池参数的关系。2)完成太阳电池等效电路网表的编写,利用Hspice进行仿真。验明了二维等效电路模型的正确性,并且证实通过二维等效电路模型提取太阳能电池参数的可行性。讨论了三种电阻参数对太阳能电池暗条件J-V关系和EL分布的影响。3)结合实验结果和模型仿真分析了不同类型缺陷对EL分布和电压分布的影响。对比不同类型缺陷点EL强度损失随注入电流变化关系,提出一种根据EL损失和注入电流变化关系判断太阳能电池缺陷点类型的方法。
【图文】：

GaAs 太阳能电池具有耐温性好，空间辐照性好等特点，因此被广泛应用在航天设备上。GaAs 太阳能电池经历了几个发展阶段，从 LPE、同质外延、单结结构，到 MOCVD、异质外延、多结叠层结构[6]，GaAs 太阳能电池的光电转换效率不断提升。目前，单结 GaAs 太阳能电池的最高效率已达 28.8%，三结电池最高效率已达 38.8%[7]。然而距离理论最大值还存在一定的差距[8][9]，因此研究高效的GaAs 太阳能电池具有重要意义。太阳能电池普遍存在不均匀性[10]，不均匀性形成原因众多，如分布式电阻、缺陷等等。其中太阳能电池缺陷对太阳能电池效率有着重要影响[11]。电致发光(EL) 成像研究方法是目前较为有效的一种研究太阳能电池不均匀性的方法[12-15]，通过 EL 图像可以直观的观察到太阳能电池分布的不均匀性，，特别是关于缺陷图 1.1 太阳能电池效率记录发展图[4]

光谱仪实物图
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM914.4

【参考文献】

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2 陈文志;张凤燕;张然;李超;;基于电致发光成像的太阳能电池缺陷检测[J];发光学报;2013年08期

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本文编号：2595699