發(fā)布時(shí)間：2020-03-22 06:51

【摘要】：太陽(yáng)能由于在緩解當(dāng)前的能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題上的優(yōu)勢(shì),被認(rèn)為是最具前景的可再生能源之一。太陽(yáng)能電池可以直接進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能,但是目前并沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用,究其原因主要是太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)成本過(guò)高和轉(zhuǎn)換效率過(guò)低。因此,在未來(lái)的研究中,提高太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率和降低成本是研究的主要目標(biāo)。而微納結(jié)構(gòu)減反膜的應(yīng)用能夠及大地減小光在電池前表面的反射,從而提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。因此在太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)中,對(duì)微納結(jié)構(gòu)減反膜的研究和應(yīng)用具有十分重要的意義。本文以太陽(yáng)能電池的微納結(jié)構(gòu)減反膜為研究對(duì)象,從形態(tài)和制備方法上分別改進(jìn)設(shè)計(jì)出了仿生河豚皮膚納米刺聚合物減反射膜,以及模板復(fù)制與聚二甲基硅氧烷(PDMS)收縮相結(jié)合制備減反射膜的工藝方法。并對(duì)所得的實(shí)驗(yàn)樣品的光學(xué)減反特性和太陽(yáng)能器件的電學(xué)性能進(jìn)行了研究。本文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:第一,我們采用時(shí)域有限差分方法(FDTD)方法設(shè)計(jì)了仿生苯環(huán)型河豚皮膚納米刺(DSNT)結(jié)構(gòu),采用非接觸無(wú)掩模直接激光刻寫光刻工藝制作,通過(guò)調(diào)節(jié)激光功率來(lái)減小晶硅太陽(yáng)能電池的上表面反射,使DSNT高度最大化。采用軟壓印技術(shù)將環(huán)氧樹(shù)脂DSNT薄膜從光刻膠模板轉(zhuǎn)移到平面Si基底的表面。我們研究了硅襯底中苯環(huán)型環(huán)氧樹(shù)脂DSNT薄膜的反射率。苯環(huán)型環(huán)氧樹(shù)脂DSNT薄膜顯著降低了硅襯底的上表面反射。除減反射性能外,我們發(fā)現(xiàn)環(huán)氧樹(shù)脂DSNT薄膜具有疏水性和自清潔能力。因此,在晶硅太陽(yáng)能電池的頂部添加環(huán)氧樹(shù)脂DSNT薄膜,可以有效減少其上表面的反射。另外,實(shí)驗(yàn)測(cè)量的光電特性一致表明,環(huán)氧樹(shù)脂DSNT薄膜可以顯著地抑制晶硅太陽(yáng)能電池的上表面反射損耗,從而顯著改善光電轉(zhuǎn)換效率(PCE),因此,環(huán)氧樹(shù)脂DSNT薄膜可以作為當(dāng)下降低光電器件上表面反射的良好選擇。第二,為了簡(jiǎn)化晶硅太陽(yáng)能電池減反膜的制作工藝,我們提出了一種具有低反射損失的減反膜的制備方法。使用激光直寫光刻方法制備六角密排微米柱陣列模板,將微米結(jié)構(gòu)圖案模版復(fù)制到預(yù)先拉伸的透明PDMS薄膜上,在應(yīng)力釋放后,PDMS收縮使得微米織構(gòu)圖案的周期減小、深寬比提高,并且產(chǎn)生了一些納米褶皺結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:與未收縮微米結(jié)構(gòu)的減反膜相比,收縮的微納結(jié)構(gòu)減反膜將太陽(yáng)能電池在300-1000 nm入射光范圍的反射率從15.5%減小到13.24%,相對(duì)反射率降低了17.1%,太陽(yáng)能電池相對(duì)光電轉(zhuǎn)化效率提高了5.51%。另外,所制備的微納結(jié)構(gòu)PDMS減反膜可以提高太陽(yáng)能電池表面的疏水性和自清潔能力。
【圖文】：

第一章 緒論研究背景由于人口增長(zhǎng)和工業(yè)發(fā)展，世界能源需求顯著增加。值得注意的是，世界人口在一代人的時(shí)間里增加了 20 億，而發(fā)展中國(guó)家的人口增長(zhǎng)占了很大比例[1]。因此，預(yù)防能源危機(jī)已成為了 21 世紀(jì)世界性重要問(wèn)題之一�；剂夏壳耙廊皇鞘澜缒茉唇Y(jié)構(gòu)的主體部分，并且通常用于滿足世界的能源需求。圖 1-1 為全球燃料一次性能源消耗對(duì)比圖�？梢钥闯�，石油、煤炭和天然氣等化石燃料仍然是世界各國(guó)的燃料功能主體。而可再生能源在能源結(jié)構(gòu)的占比不大。

能電池原理原理統(tǒng)的太陽(yáng)能利用主要是利用光熱效應(yīng)供暖，而太陽(yáng)能光伏是太陽(yáng)能形式。光伏是太陽(yáng)能光伏發(fā)電的縮寫。光伏發(fā)電的重要器件是太陽(yáng)電池可以被認(rèn)為是由 P 型半導(dǎo)體和 N 型半導(dǎo)體的組合構(gòu)成的 PN 原理如圖 1-2 所示。太陽(yáng)能電池的光伏效應(yīng)原理主要分為三個(gè)過(guò)程射吸收過(guò)程、電子-空穴對(duì)激發(fā)過(guò)程以及光生載流子分離過(guò)程。首射太陽(yáng)能電池的表面，并且透射的光量子能量積聚在電池內(nèi)的半導(dǎo)光子的能量高于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度 Eg時(shí)，這些光子可以在半子空穴。在電池中的 p 型半導(dǎo)體區(qū)域中產(chǎn)生大量的電子-空穴對(duì)。電源，在 p-n 結(jié)的內(nèi)建電場(chǎng)的影響下，帶負(fù)電的電子移動(dòng)到 n 型半穴則保留在 p 型半導(dǎo)體區(qū)域中。當(dāng)接通外部電路后，，電子沿電路從動(dòng)到 p 型區(qū)，形成電流。
【學(xué)位授予單位】：溫州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM914.4

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李強(qiáng)林;黃方千;任建華;蔣學(xué)軍;;磁控濺射鍍銅鈦織物及其電磁屏蔽性能[J];天津紡織科技;2015年02期

2 趙慶祥;齊笑梅;楊璐;張克錚;;溶膠-凝膠法制備無(wú)機(jī)膜開(kāi)裂問(wèn)題的研究進(jìn)展[J];應(yīng)用化工;2014年11期

3 王福貞;劉歡;那日松;;離子鍍膜技術(shù)的進(jìn)展[J];真空;2014年05期

4 司敏杰;郭衛(wèi);郎明;;太陽(yáng)能電池減反膜的研究現(xiàn)狀與前景展望[J];玻璃;2012年10期

5 王彥青;王秀峰;江紅濤;門永;;硅太陽(yáng)能電池減反射膜的研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2012年19期

6 王彭;;碳化硅薄膜制備影響因素分析[J];電子科技;2012年08期

7 陳暉;周細(xì)應(yīng);言智;;氣相沉積法的薄膜制備研究[J];上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào);2010年02期

8 尤大偉;;制備光學(xué)薄膜的離子源技術(shù)概述[J];真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào);2009年01期

9 殷志剛;;太陽(yáng)能光伏發(fā)電材料的發(fā)展現(xiàn)狀[J];可再生能源;2008年05期

10 李云;王六定;;電子束蒸發(fā)法制備TiO_2薄膜的折射率研究[J];真空;2008年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 李曉冬;高性能染料敏化太陽(yáng)能電池的制備與研究[D];華東師范大學(xué);2011年

2 蘇冰;生物活性陶瓷/鈦復(fù)合植入體的構(gòu)建及性能研究[D];上海交通大學(xué);2006年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 王棟;晶體硅太陽(yáng)電池表面減反射結(jié)構(gòu)的研究[D];浙江大學(xué);2013年

2 張文娟;Gemini型硅溶膠凝膠化及應(yīng)用[D];江南大學(xué);2009年

本文編號(hào)：2594677