基于表面微纳结构的单晶硅太阳能电池减反增效性能研究

发布时间：2017-07-14 01:01

  本文关键词：基于表面微纳结构的单晶硅太阳能电池减反增效性能研究

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【摘要】：太阳能因其资源分布广、永不枯竭,又具有无污染、维护简单等优点而备受人们的青睐,有希望成为新一代的主要能源。在目前的商用太阳能电池中,大部分为硅太阳能电池。然而,单晶硅成本较高、转换效率较低等问题使得太阳能电池的发展受到了限制。微纳结构阵列具有独特的光学特性,能够有效地引导光的传输,并且易于制作,从而为新一代太阳能电池提供了新的研究思路。基于上述背景,本文主要利用基于有限元原理的Comsol Multiphysics仿真软件和Matlab编程软件计算并深入研究了不同微纳结构阵列对于太阳能电池陷光增效的影响。首先,采用Comsol Multiphysics仿真软件以单晶硅为衬底,在硅表面设计并构建了硅圆柱、圆锥以及倒圆锥形纳米阵列,对其反射率、吸收率进行计算,并与相同厚度的裸硅作比较。同时,基于有效介质折射率理论分析了各种纳米结构影响光吸收的机理。其次,以圆锥形纳米阵列为基准模型,构建并研究了尖顶、圆顶以及半椭球形纳米阵列的反射率、吸收率,并对其光吸收的机理进行分析。最后,基于计算得到的吸收率曲线,利用Matlab软件编程计算并分析了相同大小的圆柱、圆锥以及倒圆锥形纳米阵列的光电转换效率,并与相同厚度的单晶硅作比较。另外,计算了尖顶、圆顶以及半椭球形纳米阵列的电流密度与光电转换效率,并分析了纳米线半径变化对光电转换效率的影响。
【关键词】：太阳能电池 微纳结构 单晶硅 光电转换效率
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.41
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 引言10
• 1.2 太阳能电池的概述10-11
• 1.3 太阳能电池的陷光增效技术11-17
• 1.3.1 传统太阳能电池的陷光增效技术11-13
• 1.3.2 微纳结构太阳能电池陷光增效技术13-17
• 1.4 本论文的研究目的及意义17-18
• 1.5 本论文的主要研究内容18-19
• 第2章 基于有限元分析的Comsol Multiphysics简介19-25
• 2.1 引言19
• 2.2 有限元分析19-21
• 2.3 Comsol Multiphysics简介21-24
• 2.3.1 Comsol Multiphysics软件的简介21-22
• 2.3.2 Comsol Multiphysics的波动光学模块22-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第3章 不同微纳结构阵列对单晶硅太阳能电池吸收率的影响25-42
• 3.1 引言25
• 3.2 太阳能电池的结构25-27
• 3.3 基于Comsol Multiphysics的微纳结构阵列仿真过程27-33
• 3.3.1 建立微纳结构阵列模型27-28
• 3.3.2 材料设定28
• 3.3.3 物理模型边界设定28-30
• 3.3.4 有限元剖分30-31
• 3.3.5 问题求解及后处理31-33
• 3.4 三种模型的构建33-38
• 3.4.1 验证仿真的正确性33-34
• 3.4.2 构建圆柱纳米线、纳米锥、倒纳米锥三种模型34-36
• 3.4.3 三种纳米结构及其裸硅的吸收率36-38
• 3.5 微纳结构阵列陷光增效的机理分析38-40
• 3.6 本章小结40-42
• 第4章 圆锥形纳米阵列对单晶硅太阳能电池吸收率的影响42-48
• 4.1 引言42
• 4.2 纳米线形状变化对吸收率的影响42-46
• 4.2.1 构建尖顶、圆顶、半椭球纳米阵列模型42-43
• 4.2.2 不同纳米结构阵列的吸收率43-46
• 4.3 纳米线半径变化对吸收率的影响46-47
• 4.4 本章小结47-48
• 第5章 不同微纳结构阵列对单晶硅太阳能电池转换效率的影响48-58
• 5.1 引言48
• 5.2 太阳能电池的工作原理及其效率的指标参数48-51
• 5.2.1 太阳能电池的工作原理48-49
• 5.2.2 太阳能电池效率的指标参数49-51
• 5.3 Matlab程序设计短路电流密度与转换效率51-53
• 5.3.1 短路电流密度51-52
• 5.3.2 转换效率52-53
• 5.4 不同微纳结构阵列的短路电流密度与转换效率53-56
• 5.4.1 验证仿真计算的正确性53-55
• 5.4.2 不同微纳结构阵列的短路电流密度与转换效率55-56
• 5.5 本章小结56-58
• 结论58-60
• 参考文献60-65
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果65-66
• 致谢66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 王二垒;张秀霞;杨小聪;张绍慧;;纳米结构材料及其技术在太阳能电池中的应用和发展现状[J];电子设计工程;2012年24期

2 杨学良;邓金祥;;有机太阳能电池的研究进展[J];物理;2012年10期

3 伍沛亮;王红林;陈砺;;叠层太阳能电池研究进展和发展趋势[J];科技导报;2009年03期

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本文编号：539024