【摘要】：硅基光伏器件現(xiàn)在面臨的主要挑戰(zhàn)是硅材料對(duì)于太陽光來說不是強(qiáng)吸收體,提高硅吸收層的光吸收是實(shí)現(xiàn)高效率硅基太陽能電池的關(guān)鍵。由于納米結(jié)構(gòu)具有獨(dú)特的光管理能力,在硅前表面制備基于電介質(zhì)材料的亞波長納米結(jié)構(gòu)成為一個(gè)有效的陷光策略。亞波長納米結(jié)構(gòu)的主要陷光方式是把光通過局部共振模式和波導(dǎo)共振模式耦合到晶硅太陽能電池的活性區(qū),從而增加光吸收性能。本課題選用銀納米顆粒(Ag NPs)和多壁碳納米管(MWCNT)陣列為基本陷光材料,制備了具有納米顆粒陣列結(jié)構(gòu)和周期性亞波長光柵結(jié)構(gòu)的晶硅太陽能電池,對(duì)其進(jìn)行光學(xué)性能和光伏性能的測試,同時(shí)利用Comsol和Matlab軟件進(jìn)行亞波長結(jié)構(gòu)陣列的仿真計(jì)算,并結(jié)合局域表面等離子體激元特性和導(dǎo)波光學(xué)效應(yīng)探討光伏性能增強(qiáng)的機(jī)理。首先,通過磁控濺射法在p-n晶硅表面制備了超薄二氧化鈦(TiO_2)電介質(zhì)層和銀(Ag)膜,再通過燒結(jié)和退火一步法制備出復(fù)合結(jié)構(gòu)的Ag NPs/TiO_2平面晶硅太陽能電池,考察了不同粒徑尺寸的銀納米顆粒陣列對(duì)晶硅太陽能電池光伏性能的影響。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)粒徑為160 nm的銀納米顆粒陣列與二氧化鈦電介質(zhì)層復(fù)合時(shí),其效率可提高9.9%,短路電流密度可提高7.7%。光伏性能的提升除了局域表面等離激元共振作用外,二氧化鈦電介質(zhì)層也起到重要作用。通過Comsol和Matlab軟件進(jìn)行仿真和計(jì)算以進(jìn)一步研究陷光增效機(jī)理,仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果較吻合。其次,通過Fluent軟件仿真反應(yīng)室內(nèi)氣體流場環(huán)境,進(jìn)而研究氣體流場對(duì)生長多壁碳納米管陣列的影響。通過磁控濺射法和旋涂轉(zhuǎn)移法制備鎳催化劑,采用化學(xué)氣相沉積法制備得到定向多壁碳納米管陣列。比較了兩種催化劑制備方法的區(qū)別以及催化劑對(duì)碳納米管陣列形貌和取向性的影響。碳納米管陣列由于具有納米尺度空隙,因而減反射性能顯著,在光伏陷光增效方面表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。再次,通過Comsol仿真考察了具有光柵結(jié)構(gòu)的MWCNT、MWCNT@TiO_2和MWCNT@Ag晶硅太陽能電池的光學(xué)性能,研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)管徑為70 nm,間距在75nm-125 nm范圍內(nèi),且包覆層厚度分別在40 nm和60 nm時(shí)具有較強(qiáng)的減反射性能和較高的光吸收增強(qiáng)效果。利用Matlab軟件對(duì)具有這些陷光結(jié)構(gòu)的晶硅太陽能電池的光伏性能進(jìn)行了理論計(jì)算,結(jié)果表明具有最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)的兩種復(fù)合陷光結(jié)構(gòu)都可以顯著提高晶硅太陽能電池的理想效率和短路電流密度。最后,通過磁控濺射法制備了具有光柵陷光結(jié)構(gòu)的MWCNT@TiO_2和MWCNT@Ag晶硅太陽能電池,研究發(fā)現(xiàn)這兩種復(fù)合陷光結(jié)構(gòu)的晶硅太陽能電池光伏性能均有一定程度提高,且Ag包覆的電池性能優(yōu)于TiO_2包覆的電池性能。亞波長光柵結(jié)構(gòu)通過法布里-珀羅微腔共振可以增強(qiáng)晶硅太陽能電池光吸收性能,而金屬光柵利用法布里-珀羅微腔共振和局域表面等離激元共振的耦合作用,可進(jìn)一步增強(qiáng)晶硅太陽能電池的光吸收,從而實(shí)現(xiàn)陷光增效。
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM914.4;TB383.1
【圖文】：

第 1 章 緒 論全球人口數(shù)量的增長以及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類對(duì)能源的需求也越來主要依賴的常規(guī)化石能源的消耗急劇增大，這種有限的資源在未能源的大量需求。根據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)的預(yù)測，全球煤炭資源僅能供人資源僅能供人類再用 40-60 年，而核能也是有限的資源，能供人類國的常規(guī)能源形勢(shì)更不容樂觀，預(yù)測在 80 年以內(nèi)我國的常規(guī)能源 1-1 所示[1]。此外，由于人類長期大量使用化石能源，造成了二氧放，致使全球氣候變暖，而且目前中國面臨的霧霾問題，也主要成的。所以從全球范圍來看，找到能夠替代常規(guī)能源的可再生能太陽能具有清潔、豐富的特點(diǎn)，可以說是“取之不盡，用之不竭，從長遠(yuǎn)來看，太陽能是一種潛在的能夠供人類大規(guī)模利用的可

太陽能電池的發(fā)展美國貝爾實(shí)驗(yàn)室成功制備出世界上第一個(gè)可以實(shí)際應(yīng)用以“用沙子的成分(硅)制出了電池，用它可以取得無窮無該項(xiàng)研究成果，引起了巨大的轟動(dòng)。1960 年，由于晶硅為柵線電極，此時(shí)晶硅太陽能電池的效率可達(dá)到 14%[4]的全球能源恐慌，使得美國、歐洲各國和日本等國家紛之中，進(jìn)一步促進(jìn)了晶硅太陽能電池的發(fā)展。 世紀(jì) 90 年代初期，以日本和德國為代表的發(fā)達(dá)國家首先的一系列商業(yè)補(bǔ)貼政策之后，有效推動(dòng)了晶硅太陽能電。1998 年，被譽(yù)為“太陽能之父”的新南威爾士大學(xué)的 出當(dāng)時(shí)世界上效率最高的單晶硅太陽能電池，即鈍化發(fā)RL)[5]，其效率高達(dá) 24.4%，其結(jié)構(gòu)如圖 1-2 所示。

圖 1-3 異質(zhì)結(jié)叉指背接觸電池橫截Fig. 1-3 The cross-section schematic o今世界范圍來看，高效晶硅太陽能電池技制備技術(shù)主要可分為單晶和多晶的鈍化發(fā)接觸電池(TOPCon)、叉指背接觸電池(IBC池(HBC)等。圖 1-4 為近年來各種晶硅太陽

【參考文獻(xiàn)】

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1 練澎;張小鳳;;碳納米管制備方法的研究進(jìn)展[J];當(dāng)代化工;2015年04期

2 李洪敬;;金屬光柵用于增強(qiáng)非晶硅薄膜太陽能電池光吸收率研究[J];應(yīng)用光學(xué);2014年03期

3 郭瑞超;黃洪濤;陳小源;朱本鵬;李東棟;;等離子體硅基薄膜太陽能電池光電仿真研究進(jìn)展[J];電子元件與材料;2014年02期

4 應(yīng)隆安;;吸收邊界條件和完美匹配層[J];數(shù)學(xué)年刊A輯(中文版);2010年02期

5 李剛;周明;馬偉偉;蔡蘭;;高溫氨預(yù)處理對(duì)單晶硅襯底上鎳薄膜顯微結(jié)構(gòu)的影響[J];材料熱處理學(xué)報(bào);2009年05期

6 席珍強(qiáng),楊德仁,吳丹,張輝,陳君,李先杭,黃笑容,蔣敏,闕端麟;單晶硅太陽電池的表面織構(gòu)化[J];太陽能學(xué)報(bào);2002年03期

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1 居冬泉;表面等離激元微腔共振特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

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1 李洪昊;單晶硅太陽能電池表面織構(gòu)制備方法研究[D];大連理工大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2747664