硅基薄膜太阳能电池光吸收增强理论研究

发布时间：2017-08-01 11:28

  本文关键词：硅基薄膜太阳能电池光吸收增强理论研究

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【摘要】：对于高效的薄膜太阳能电池,陷光结构成为一个不可缺少的元素,它可以延长光在吸收层中传播的光程,从而增强太阳能电池对光的吸收。实际的太阳能电池材料吸收能力不同,直接导致对应的陷光结构不同。为了获得最佳的陷光结构,需要从理论上对太阳能电池吸收极限进行分析,为设计合适的陷光结构提供理论依据。本文针对目前太阳能电池中弱吸收材料和强吸收材料的特性,分别采用了不同的理论来分析电池内部吸收情况,提出了对应的陷光结构。主要内容如下:针对弱吸收材料,采用耦合导波模式理论分析了由于电池导波模式与入射光耦合引起的吸收极限,对不同陷光结构的吸收增强极限进行了理论分析和比较,总结出陷光结构的设计原则,并设计出最佳陷光结构。通过严格耦合波分析法(RCWA)模拟该陷光结构对晶体硅材料太阳能电池在600nm到1100nm长波段内的吸收增强,验证了这个陷光结构有效性。针对强吸收材料吸收增强问题,用耦合泄漏模式共振理论方法(CLMT)对非晶硅和砷化镓强吸收材料的吸收增强及晶体硅材料在短波段的吸收进行了研究,分析了材料的折射率与泄漏模式共振的辐射损失率之间的关系,提出了针对强吸收材料吸收增强陷光结构的设计原则。设计了针对强吸收材料吸收增强的陷光结构。最后,结合了针对弱吸收材料和强吸收材料吸收增强的陷光结构设计原则,提出了针对整个太阳光谱的陷光结构有效折射率的设计原则。对于晶体硅基薄膜太阳能电池吸收增强设计出了两个满足该原则的最佳陷光结构:金字塔型和圆锥型陷光结构。这两个陷光结构使得硅基薄膜太阳能电池在整个太阳光谱范围300nm到1100nm内的光吸收都是接近于理论吸收极限。而且,对入射光的角度并不敏感,在大角度范围0o到70o内都能够很好地吸收入射光。
【关键词】：薄膜太阳能电池 陷光结构 耦合模式理论
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 研究背景和意义10-13
• 1.2 本论文主要工作安排13-15
• 第二章 耦合模式理论在太阳能电池中的应用15-29
• 2.1 导波模式和泄漏模式15-18
• 2.2 耦合模式方程18-20
• 2.3 耦合导波模式理论应用于分析弱吸收材料20-22
• 2.4 耦合泄漏模式理论应用于分析强吸收材料22-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 弱吸收材料的吸收增强研究29-47
• 3.1 一维陷光结构29-34
• 3.1.1 一维非对称性陷光结构29-32
• 3.1.2 一维对称性陷光结构32-34
• 3.2 二维陷光结构34-42
• 3.2.1 正方形晶格排列34-37
• 3.2.2 三角形晶格排列37-39
• 3.2.3 六边形晶格排列39-42
• 3.3 陷光结构的设计42-46
• 3.3.1 设计原则42-43
• 3.3.2 最佳陷光结构43-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第四章 强吸收材料的吸收增强研究47-61
• 4.1 泄漏模式本征值分析47-49
• 4.2 非晶硅太阳能电池吸收增强分析49-52
• 4.3 砷化镓太阳能电池吸收增强分析52-54
• 4.4 晶体硅太阳能电池吸收增强分析54-56
• 4.5 陷光结构的设计56-60
• 4.5.1 设计原则56-57
• 4.5.2 最佳陷光结构57-60
• 4.6 本章小结60-61
• 第五章 陷光结构的设计新方法61-73
• 5.1 有效折射率法61-64
• 5.2 金字塔型陷光结构64-68
• 5.2.1 结构的优化64-66
• 5.2.2 最佳陷光结构66-68
• 5.3 圆锥型陷光结构68-72
• 5.3.1 结构的优化68-70
• 5.3.2 最佳陷光结构70-72
• 5.4 本章小结72-73
• 第六章 总结与展望73-75
• 6.1 论文工作总结73-74
• 6.2 研究工作展望74-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-80
• 攻读硕士期间的研究成果80-81

【参考文献】

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1 王海燕;硅基太阳能电池陷光材料及陷光结构的研究[D];郑州大学;2005年

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本文编号：604030