硅基薄膜太阳能电池陷光结构的优化研究

发布时间：2020-05-11 13:53

【摘要】：太阳能是当前各类新能源中最具优势的可再生能源。硅基太阳能电池历史悠久,技术成熟,是最主要的光伏器件。如何提高太阳能电池的光电转换效率是解决其应用成本的关键所在。而提高电池的光吸收率,尽大限度地利用光能是当前需要克服的技术难题。因此,各种不同的陷光结构成为了科研学者们追逐的热点。本学位论文基于国内外太阳能电池研究进展,针对目前主要存在的提高电池光吸收的关键问题,利用表面等离激元效应研究了硅基材料表面各种陷光结构的光学特性。在硅基材料表面设计了两类提高光吸收的结构,即金属纳米光栅和金属银纳米球,系统研究了三种陷光结构对非晶硅薄膜电池光吸收特性的影响,并得到优化后的结构参数。1、在非晶硅薄膜电池表面设计银纳米光栅,分别通过TM波、TE波与TEM波垂直入射电池表面,研究了不同结构参数对光吸收影响并进行优化。确定出不同应用条件下最佳的几何参数。优化后电池吸收光子数为参照电池的92%。2、利用表面等离极化激元效应,研究了背表面置Ag纳米光栅,设计了三角柱状与矩形长方体状银纳米两种结构。研究分析了周期、半径、材质与面积对电池光吸收的影响并进行优化。结果表明银纳米光栅比铝纳米光栅具有更高的吸收率。两种结构中,矩形长方体纳米光栅光吸收率最高,较参照电池提高了104%。并对入射光角度的敏感度也得到了改善。3、基于局域表面等离激元共振,对比了不同分布方式布置银纳米球电池的光吸收效果。分析了前表面分布、前后表面同位与交错分布。结果表明,半径、周期与分布位置均对硅薄膜光吸收有影响。三种分布方式中,前后表面均匀分布光吸收效果最好,较参照电池提升了50%。陷光结构能够有效提升薄膜电池的光吸收,为薄膜太阳能电池设计与发展提供了理论上的支持。
【图文】：

图 1-1 能源消耗增长趋势Figure 1-1 Energy consumption growth curve世界对于能源的使用仍然是以传统的非再生能源为主现今世界各国对于各类能源的消耗中，煤炭，石油，，耗量占据了世界能源消耗总量的 86%[4]。虽然，地球

图 1-2 能源消耗所占比例Figure 1-2 The proportion of energy consumption类对于能源持续不断的开采，而新发现的煤矿，油田数量现新的矿藏来维持当今世界经济的发展，这种方法只能本上解决问题。据英国石油公司2017年的世界能源统计
【学位授予单位】：安徽理工大学
【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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本文编号：2658553