本文關(guān)鍵詞：絨面氧化鋅用作非晶硅薄膜電池前電極的研究

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【摘要】：非晶硅薄膜太陽能電池?fù)碛泻芏鄡?yōu)良的性能,比如較低的沉積溫度、較低的成本以及便攜性,還可以用作大面積的功率型太陽能電池。但是光電轉(zhuǎn)化效率低一直是制約其發(fā)展的一個障礙,所以為了盡可能的提高非晶硅電池的轉(zhuǎn)化效率,我們在電池頂層引入了絨面氧化鋅前電極薄膜層,來提高電池的性能。本論文主要從理論仿真方面對非晶硅薄膜太陽能電池進(jìn)行研究:應(yīng)用SilvacoTCAD軟件設(shè)計(jì)出擁有絨面氧化鋅前電極結(jié)構(gòu)的電池模型,并分析了器件參數(shù)對電池性能的影響,優(yōu)化出性能最佳的絨面參數(shù)和電池各層的參數(shù);在各層參數(shù)優(yōu)化完畢后,我們定義絨面結(jié)構(gòu)的頂角為參數(shù)變量,再次對電池仿真,得出頂角與電池性能的關(guān)系并將結(jié)果與沒有絨面結(jié)構(gòu)的電池對比,最后在全天候的條件下,進(jìn)一步研究了絨面結(jié)構(gòu)對電池性能的影響。通過Silvaco-TCAD軟件設(shè)計(jì)出絨面ZnO/p-a-Si/i-a-Si/n-a-Si/Al和p-a-Si/i-aSi/n-a-Si/Al結(jié)構(gòu)的電池模型,并對帶有絨面ZnO的非晶硅電池優(yōu)化出最佳結(jié)構(gòu)參數(shù):絨面三角形ZnO頂角為10°,ZnO增透膜的厚度為62.5nm、i層的厚度為400nm、p層的厚度為6nm、n層的厚度為20nm、摻雜濃度為1019 cm-3左右,仿真得到了最高的非晶硅電池光電轉(zhuǎn)化效率為9.571%。與無氧化鋅前電極電池最高的光電轉(zhuǎn)化效率8.412%相比,效率增加了約13.5%。在絨面三角形高度固定的情況下,絨面三角形頂角角度的減小會使得電池轉(zhuǎn)化效率增大,說明絨面度越高,絨面的陷光作用越好。最后計(jì)算出了電池在一天中產(chǎn)生的能量,得到全天產(chǎn)生的能量為251.5J,提高幅度達(dá)到了19.6%,這說明絨面結(jié)構(gòu)對非垂直入射的光線具有更好的陷光作用。最后通過實(shí)驗(yàn)制備了四組ZnO薄膜樣本,采用濕化學(xué)腐蝕的辦法制備絨面結(jié)構(gòu)的ZnO薄膜樣品,分別刻蝕了三組樣本,然后對四組樣本性能進(jìn)行檢測,經(jīng)過對樣本透射率的研究,經(jīng)過刻蝕之后的樣本的總透射率有明顯提高,而且刻蝕時間越長,透射率越高。
【關(guān)鍵詞】：絨面氧化鋅前電極 非晶硅 Silvaco-TCAD軟件 轉(zhuǎn)化效率
【學(xué)位授予單位】：東華理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-16
• 1.1 能源危機(jī)8-9
• 1.2 我國能源狀況9-11
• 1.3 太陽能電池的發(fā)展11-13
• 1.3.1 太陽能電池的發(fā)展歷程11
• 1.3.2 太陽能電池的發(fā)展現(xiàn)狀及未來展望11-13
• 1.4 本論文研究的主要內(nèi)容13-16
• 第二章 太陽能電池及絨面陷光理論16-32
• 2.1 太陽能電池相關(guān)理論16-23
• 2.1.1 半導(dǎo)體和PN結(jié)相關(guān)理論16-20
• 2.1.2 PN結(jié)能帶圖和伏安特性曲線20-22
• 2.1.3 太陽能電池的工作原理22-23
• 2.2 絨面陷光理論23-25
• 2.3 太陽能電池的輸出特性25-28
• 2.3.1 等效電路25-26
• 2.3.2 太陽能電池的特性參數(shù)26-28
• 2.4 太陽能電池效率的影響因素28-29
• 2.5 本章小結(jié)29-32
• 第三章 非晶硅太陽能電池結(jié)構(gòu)及仿真特性32-44
• 3.1 非晶硅太陽能電池特性32-33
• 3.2 氧化鋅薄膜特性33-34
• 3.3 仿真軟件Silvaco-TCAD簡介34-36
• 3.4 電池結(jié)構(gòu)及材料參數(shù)36-39
• 3.4.1 電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)37-38
• 3.4.2 材料參數(shù)選擇38-39
• 3.5 能帶圖仿真39-40
• 3.6 量子效率仿真40-41
• 3.7 本章小結(jié)41-44
• 第四章 非晶硅太陽能電池的性能優(yōu)化44-56
• 4.1 平面Zn O前電極厚度的優(yōu)化44
• 4.2 i層厚度的優(yōu)化44-48
• 4.3 摻雜濃度的優(yōu)化48-51
• 4.4 p層、n層厚度的優(yōu)化51-52
• 4.5 絨面Zn O頂角的優(yōu)化52-53
• 4.6 兩種模型優(yōu)化結(jié)果的比對53-54
• 4.7 本章小結(jié)54-56
• 第五章 全天候太陽能電池性能的模擬56-60
• 5.1 不同入射角的電池功率模擬56-57
• 5.2 全天電池輸出能量的模擬57-58
• 5.3 本章小結(jié)58-60
• 第六章 絨面Zn O前電極的制備和性能初步研究60-66
• 6.1 絨面Zn O的制備60-63
• 6.1.1 磁控濺射60-61
• 6.1.2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)61-62
• 6.1.3 制備過程62-63
• 6.1.4 絨面的制備63
• 6.2 薄膜的表征63-64
• 6.3 測試結(jié)果與分析64-65
• 6.4 本章小結(jié)65-66
• 第七章 總結(jié)與展望66-68
• 致謝68-70
• 參考文獻(xiàn)70-72

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：588820