玻璃襯底多晶硅薄膜太陽能電池及其背反射器的研究.pdf

1、為解決化石能源面臨枯竭的危機和嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，太陽能作為新型能源得到各國的廣泛關(guān)注，太陽能電池成為對太陽能利用的主要途徑。鑒于全球的需求量、原料的供應(yīng)情況、制備工藝及材料特性等方面因素，玻璃襯底多晶硅薄膜太陽電池具有良好的發(fā)展前景。近年來，由于光子晶體在陷光等方面具有重要作用而普遍的應(yīng)用于薄膜太陽能電池中，其中一維光子晶體應(yīng)用最為廣泛。
　　本文對太陽能電池的研究背景進(jìn)行了簡要的闡述，并介紹了太陽能電池的發(fā)展現(xiàn)狀，同時深入分析

2、了太陽能電池光伏發(fā)電原理及相關(guān)重要性能參數(shù)。此外，還對傳統(tǒng)背反射器與光子晶體背反射器進(jìn)行了詳細(xì)的分析，最后提出了本文的選題依據(jù)及主要研究內(nèi)容。
　　采用太陽能電池仿真軟件PC1D對基于玻璃襯底的多晶硅薄膜太陽電池進(jìn)行仿真模擬。為便于獨立研究各層相關(guān)參數(shù)，本文對電池進(jìn)行分區(qū)設(shè)置，系統(tǒng)分析了基區(qū)、發(fā)射區(qū)、背表面場(back surface field，BSF)層相關(guān)參數(shù)、表面復(fù)合速率、背反射率等對電池輸出性能的影響。研究結(jié)果顯示，基區(qū)

3、的摻雜濃度和厚度、少子擴散長度對電池的光電性能具有重要影響，基區(qū)的最佳摻雜濃度為1.39×1016cm-3，雖然基區(qū)變厚有利于對光子的吸收，但是厚度并不是越厚越好，還要受到基區(qū)少子擴散長度的限制，基區(qū)電學(xué)質(zhì)量一定時，當(dāng)二者的比值約為1時，電池性能最好。較之于正表面復(fù)合速率，背表面復(fù)合速率對電池效率的影響更為顯著，而基區(qū)少子擴散長度改善所帶來的效果要明顯優(yōu)于表面復(fù)合速率改善引發(fā)的效果。減薄發(fā)射區(qū)厚度利于收集少子，發(fā)射區(qū)與BSF層的摻雜濃度

4、對電池轉(zhuǎn)換效率也有重要影響，BSF層厚度的選擇也依賴于其少子擴散長度的大小。電池效率的改善還可以通過提高電池的背反射率來增加光子的利用率而實現(xiàn)。
　　對選取的Si和TiO2兩種介質(zhì)材料，采用離子束濺射沉積技術(shù)在襯底上交替濺射，制備了不同系列的一維光子晶體，并對樣品的奇偶結(jié)構(gòu)、周期數(shù)、晶格常數(shù)和填充率等相關(guān)參數(shù)對一維光子晶體反射性能的影響進(jìn)行研究分析。實驗結(jié)果顯示，由于存在吸收損耗，對于周期數(shù)相同的一維光子晶體，其層數(shù)為偶數(shù)時反射性

5、能最好。但是層數(shù)并非越少越好，一維光子晶體需要維持一定的周期性排列結(jié)構(gòu)，周期為3的樣品反射性能最優(yōu)。表面形貌測試發(fā)現(xiàn)由樣品層數(shù)增多而引起的表面粗糙度差異很小，可忽略散射損耗造成的影響，因而吸收損耗在對一維光子晶體反射性能差異的影響當(dāng)中占據(jù)重要地位。當(dāng)一維光子晶體的晶格常數(shù)和填充率發(fā)生變化時，反射峰的位置和反射率的大小也會相應(yīng)的發(fā)生變化。綜合一維光子晶體相關(guān)參數(shù)對反射性能的影響，結(jié)果表明由Si和TiO2兩種介質(zhì)組成的一維光子晶體，當(dāng)Si厚