本文選題：光伏晶體硅　切入點(diǎn)：陷光結(jié)構(gòu)　出處：《山東大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：太陽能是一種清潔、可持續(xù)利用能源,充分利用太陽能是解決能源危機(jī)、保證現(xiàn)代工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。太陽能光伏發(fā)電是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的重要技術(shù)手段,但光電轉(zhuǎn)換效率低是制約太陽能光伏發(fā)電的技術(shù)瓶頸。光伏晶體硅太陽能電池利用晶體硅片表面陷光結(jié)構(gòu)的絨貌使光多次反射,從而減少光的反射損耗,提高光能的利用率。因此,晶體硅表面絨貌對(duì)光電轉(zhuǎn)換極其重要。本文以正向金字塔結(jié)構(gòu)作為光伏晶體硅表面的陷光結(jié)構(gòu),考慮結(jié)構(gòu)成型加工工藝影響,計(jì)算確定了優(yōu)化后的陷光結(jié)構(gòu)參數(shù)。在晶體硅機(jī)械加工材料去除機(jī)理分析的基礎(chǔ)上,對(duì)金字塔結(jié)構(gòu)的機(jī)械加工成型進(jìn)行了模擬分析,并進(jìn)行了金字塔結(jié)構(gòu)微銑削加工成型實(shí)驗(yàn)研究,研究工作對(duì)太陽能光伏晶體硅表面陷光結(jié)構(gòu)機(jī)械加工成型技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。本文的主要工作如下:(1)提出了基于射線追蹤法的光伏晶體硅表面光線加權(quán)反射率計(jì)算方法,計(jì)算分析了光伏晶體硅表面金字塔陷光結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)陷光效果的影響規(guī)律,得到了較優(yōu)的金字塔陷光結(jié)構(gòu)參數(shù)和入射光線角度。通過計(jì)算堿腐蝕法制得的典型金字塔絨面的加權(quán)反射率,對(duì)計(jì)算方法進(jìn)行了驗(yàn)證;針對(duì)金字塔陷光結(jié)構(gòu),利用數(shù)值計(jì)算的方法跟蹤每一條光線的反射行程,計(jì)算了整束光線的加權(quán)反射率;以金字塔底角、塔尖圓角半徑、結(jié)構(gòu)高度等作為主要結(jié)構(gòu)參數(shù),分析了金字塔陷光結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)加權(quán)反射率和陷光效果的影響規(guī)律,提出了較優(yōu)的金字塔陷光結(jié)構(gòu)參數(shù)和最佳入射光線角度。陷光結(jié)構(gòu)的高度對(duì)反射率的影響很小,陷光效果隨金字塔底角的增大而提高,隨塔尖圓角的增大而降低,其中塔尖圓角對(duì)陷光效果的影響較大,金字塔陷光結(jié)構(gòu)對(duì)垂直入射的光線擁有最好的陷光效果。(2)建立了光伏晶體硅表面陷光結(jié)構(gòu)微銑削加工的有限元模型,對(duì)微銑削加工過程進(jìn)行了二維和三維仿真分析,研究了工藝參數(shù)對(duì)切削力和材料去除模式的影響。二維銑削加工仿真結(jié)果表明,單晶硅材料的脆塑轉(zhuǎn)變厚度為120nm左右,進(jìn)給速度的增大會(huì)導(dǎo)致切削力明顯增大,主軸轉(zhuǎn)速和銑削深度對(duì)切削力的影響較小。三維銑削加工仿真結(jié)果表明,在特定的工藝參數(shù)下,可以實(shí)現(xiàn)單晶硅的塑性去除模式。(3)實(shí)驗(yàn)研究了硬質(zhì)合金微銑刀銑削加工光伏晶體硅表面了V型槽陣列和金字塔結(jié)構(gòu)的制備工藝。在五軸聯(lián)動(dòng)高速微細(xì)加工中心上,采用硬質(zhì)合金微細(xì)銑刀進(jìn)行了光伏晶體硅表面V型槽和金字塔陷光結(jié)構(gòu)的銑削加工成型實(shí)驗(yàn),制備了不同深度的V型槽和金字塔結(jié)構(gòu),并分析檢測(cè)了V型槽和金字塔結(jié)構(gòu)的加工質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明V型槽質(zhì)量受銑削深度影響很小,而制得的金字塔結(jié)構(gòu)存在非常突出的崩塌現(xiàn)象,微細(xì)銑刀磨損、破損嚴(yán)重,有待進(jìn)一步研究改進(jìn)。
[Abstract]:Solar energy is a clean, sustainable use of energy, the full use of solar energy is an effective way to solve the energy crisis and ensure the sustainable development of modern industry. Solar photovoltaic power generation is an important technical means to convert solar energy into electric energy. However, the low efficiency of photovoltaic conversion is the technical bottleneck of solar photovoltaic power generation. Photovoltaic crystal silicon solar cells can reduce the reflection loss of light by making use of the plush features of the trapping structure on the surface of the crystal silicon wafer to make the light reflect many times. Therefore, the surface velvet appearance of crystalline silicon is very important for photoelectric conversion. In this paper, the forward pyramid structure is used as the trapping structure of silicon surface of photovoltaic crystal, and the influence of structure forming process is considered. The parameters of the optimized trapping structure are calculated and determined. Based on the analysis of the material removal mechanism of the crystal silicon machining, the machining molding of the pyramid structure is simulated and analyzed. And the experimental study of micro-milling with pyramid structure was carried out. The research work is of great significance to the development of mechanical processing technology for silicon surface trapping structure of solar photovoltaic crystal. The main work of this paper is as follows: 1) A method for calculating the ray-weighted reflectance of silicon surface based on ray tracing method is proposed. The influence of the structure and structure parameters of the pyramid trapping light on the photovoltaic crystal silicon surface is calculated and analyzed. The optimum parameters of pyramid trapping light structure and incident light angle are obtained. The calculation method is verified by calculating the weighted reflectance of typical pyramidal villous surface obtained by alkali corrosion method. The reflection stroke of each ray is tracked by numerical calculation, and the weighted reflectivity of the whole beam is calculated, with the pyramid bottom angle, the radius of the tip corner and the height of the structure as the main structural parameters. The influence of pyramid trapping light structure parameters on weighted reflectivity and trapping light effect is analyzed. The optimum pyramid trapping light structure parameters and optimum incident light angle are proposed. The height of trapping light structure has little effect on reflectivity. The trapping effect increases with the increase of pyramid bottom angle and decreases with the increase of pyramid angle. The pyramidal trapping structure has the best trapping effect on the vertically incident light. The finite element model of photovoltaic crystal silicon surface trapping structure micro-milling is established, and the two-dimensional and three-dimensional simulation analysis of the micro-milling process is carried out. The effects of process parameters on cutting force and material removal mode are studied. The simulation results of two-dimensional milling show that the brittle plastic transition thickness of single crystal silicon is about 120 nm, and the increase of feed rate will result in obvious increase of cutting force. The effect of spindle speed and milling depth on cutting force is small. The plastic removal mode of monocrystalline silicon can be realized. The fabrication technology of V-groove array and pyramid structure on silicon surface of photovoltaic crystal processed by cemented carbide micro-milling cutter has been studied experimentally. The V-groove and pyramidal structure of photovoltaic crystal silicon surface were fabricated with cemented carbide micro-milling cutter, and the V-shaped groove and pyramid structure with different depth were prepared. The machining quality of V-groove and pyramidal structure is analyzed and tested. The experimental results show that the V-groove quality is very little affected by milling depth, while the pyramid structure has very prominent collapse phenomenon, and the micro-milling cutter is worn and damaged seriously. Further research and improvement are needed.
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM914.41

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本文編號(hào)：1606245