本文關(guān)鍵詞：等離子激元太陽電池仿真研究　出處：《南京航空航天大學(xué)》2014年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：研究發(fā)現(xiàn)，在電池表面構(gòu)造微結(jié)構(gòu)可對太陽能電池表面的吸收特性進行調(diào)控，通過優(yōu)化微結(jié)構(gòu)可以使在較寬的波段內(nèi)獲得較優(yōu)的吸收特性。同時，隨著微納加工技術(shù)的發(fā)展，使得微結(jié)構(gòu)的構(gòu)造成為可能。本文在深入分析太陽能電池研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合微結(jié)構(gòu)在太陽電池領(lǐng)域應(yīng)用前景的探索，主要研究了以下內(nèi)容： 1、太陽能電池的基本理論與光子吸收的數(shù)值計算方法 基于典型的p-n結(jié)太陽電池，闡述了太陽能電池的工作原理，明確了太陽電池從光子入射到產(chǎn)生電流的物理過程。分析了衡量太陽能電池特性的4個重要參數(shù)：短路電流、開路電壓、填充因子和光電轉(zhuǎn)換效率。將電磁理論用于研究微結(jié)構(gòu)太陽電池光譜特性，采用麥克斯韋方程組描述太陽入射光與太陽電池微結(jié)構(gòu)的相互作用，利用時域有限差分(FDTD)方法，以Yee元胞為離散單元對麥克斯韋方程組進行離散，建立了數(shù)值計算方法。 2、非晶硅薄膜太陽電池強化光子吸收機理及結(jié)構(gòu)優(yōu)化 采用FDTD方法，以a-Si:H薄膜太陽電池為例，分析了上電極、背電極、本征吸收層等因素對薄膜電池光譜特性的影響。采用了納米顆粒優(yōu)化設(shè)計周期性陣列結(jié)構(gòu)a-Si:H薄膜太陽能電池，分析了納米顆粒的金屬種類、結(jié)構(gòu)尺寸及顆粒位置等參數(shù)對其光譜吸收特性的影響。通過對沉積金屬的材料的對比分析，，研究發(fā)現(xiàn)Al納米顆粒對吸收增強的效果最大，且Al納米顆粒自身的吸收也比較低；對在ITO層底部的顆粒半徑進行了分析，發(fā)現(xiàn)顆粒半徑為30nm時300nm~800nm波段的吸收增強較大；對納米顆粒的位置進行討論，發(fā)現(xiàn)在電池上部沉積納米顆粒時短波段的吸收增強較明顯，而在電池下部沉積納米顆粒時長波段的吸收增加較明顯。本文提出了在電池結(jié)構(gòu)中的上下2個位置分別沉積一個金屬顆粒，在ITO層底部沉積半徑為30nm的Al納米顆粒，在a-Si:H層底部沉積半徑為50nm的Al納米顆粒，該種結(jié)構(gòu)可以在較寬光譜范圍內(nèi)獲得最優(yōu)吸收特性。 3、硅太陽電池表面微結(jié)構(gòu)實驗驗證 通過磁控濺射在硅片表面制備銀膜，薄膜厚度為50nm，再利用退火工藝在硅片表面形成Ag納米顆粒；采用掃描電鏡(SEM)技術(shù)表征微結(jié)構(gòu)表面形貌，通過紫外-可見-近紅外分光光度計測試電池工作波段內(nèi)的反射光譜。實驗研究發(fā)現(xiàn)Si表面沉積Ag納米顆粒后，其表面反射率明顯降低。
[Abstract]:It is found that the microstructure of the solar cell can be controlled by optimizing the microstructure of the surface of the battery , and the structure of the microstructure can be obtained by optimizing the microstructure . At the same time , with the development of the micro - nano processing technology , the structure of the microstructure becomes possible . Based on the in - depth analysis of the research status of the solar cell , the research on the application prospect of the micro - structure in the solar cell field is studied , and the following contents are mainly studied : 1 . Basic theory of solar cell and numerical calculation method of photon absorption Based on a typical p - n junction solar cell , the working principle of the solar cell is described , and the physical process of the solar cell from the photon incidence to the generation current is clarified . Four important parameters for measuring the characteristics of the solar cell are analyzed : short - circuit current , open - circuit voltage , filling factor and photoelectric conversion efficiency . Enhancement of photon absorption mechanism and structure optimization of amorphous silicon thin film solar cell The influence of the factors such as upper electrode , back electrode and intrinsic absorption layer on the spectral characteristics of thin film cells was analyzed by FDTD method . The effect of the parameters on the spectral absorption of thin films was analyzed by means of nano - particle optimized design periodic array structure a - Si : H thin film solar cell . 3 . Experimental Verification of Surface Microstructure of Silicon Solar Cells Ag nanoparticles were prepared on the surface of the silicon wafer by magnetron sputtering . Ag nanoparticles were formed on the surface of the silicon wafer by annealing . The surface morphology of the microstructure was characterized by scanning electron microscopy ( SEM ) .

【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM914.4

【參考文獻】

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1 梁磊;徐琴芳;忽滿利;孫浩;向光華;周利斌;;晶體硅太陽電池表面納米線陣列減反射特性研究[J];物理學(xué)報;2013年03期

本文編號：1439360