分光譜太陽能光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)研究.pdf

1、自1954年美國(guó)BELL實(shí)驗(yàn)室研制出世界上第一塊效率約為6％的太陽能電池以來[1],太陽能電池研究和應(yīng)用已經(jīng)取得長(zhǎng)足進(jìn)展,從第一代硅太陽能電池到第二代薄膜太陽能電池[2]到再到第三代多結(jié)(疊層)太陽能電池,光電轉(zhuǎn)換效率也從當(dāng)初的6％增長(zhǎng)至現(xiàn)在的43％左右。隨著多結(jié)太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的提高,其研究和發(fā)展也遇器件制備工藝和技術(shù)的限制。為了能與較寬分布的太陽光譜相匹配,吸收更多太陽能量,需要增加多結(jié)太陽能電池的層(結(jié))數(shù),而隨著層(結(jié))數(shù)

2、增多,電池厚度也增加,將導(dǎo)致更多太陽光的穿透損失。經(jīng)計(jì)算分析,按多結(jié)電池工作原理制備的光電池將很難突破50％光電轉(zhuǎn)換效率。
　　為克服多結(jié)太陽能電池的工藝瓶頸困難,近年來國(guó)際上對(duì)分光譜太陽能光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的研究產(chǎn)生了濃厚的興趣。根據(jù)2010年報(bào)道澳大利亞南威爾士大學(xué)的最新研究成果,新組合的分光譜太陽能光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)在聚光條件下已可達(dá)到43±1.5％的效率[3]?？蓸酚^地預(yù)期在不遠(yuǎn)的未來,科學(xué)家們將會(huì)研制出基于分光譜原理的新型太陽能電池

3、,其光電轉(zhuǎn)換效率將達(dá)到甚至超過60％。
　　本論文的研究工作主要集中在分光譜太陽能光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)研究的兩個(gè)關(guān)鍵方面:1、太陽光譜的分離器件研究;2、與分光譜區(qū)相匹配的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換特性研究。
　　1、太陽光譜的分離器件研究。按不同太陽光電池的光譜響應(yīng)特性,可采用光學(xué)濾波器件實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽光譜的高效率光譜分割。結(jié)合常規(guī)光譜濾波片的設(shè)計(jì)原理,在研究中對(duì)基于薄膜的光學(xué)濾波器的經(jīng)典干涉公式作了修正,給出了新的考慮空間干涉效應(yīng)的薄膜反

4、射系數(shù)解析表達(dá)式。在原理上結(jié)合三種極限物理?xiàng)l件,對(duì)該公式的合理性進(jìn)行了驗(yàn)證。在實(shí)驗(yàn)中,采用等離子體輔助電子束蒸發(fā)鍍膜設(shè)備制備具有不同厚度的SiO2薄膜樣品,采用連續(xù)變?nèi)肷浣堑臋E圓偏振光譜分析方法,對(duì)考慮空間干涉效應(yīng)后的光學(xué)薄膜公式進(jìn)行了驗(yàn)證,與計(jì)算結(jié)果有較好的吻合。研究結(jié)果表明,考慮空間干涉效應(yīng)后的光學(xué)薄膜器件的解析式有更寬的適用范圍,這對(duì)于具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的高性能分光譜濾波片等光學(xué)薄膜器件的設(shè)計(jì)、制備和應(yīng)用具有積極的意義。
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5、與分光譜區(qū)相匹配的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換特性研究。按太陽光的分光譜要求,搭建了各分光譜太陽能光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)光電轉(zhuǎn)換的分析測(cè)試系統(tǒng),包括聚光透鏡、太陽能傳輸和采集、光學(xué)濾波器與電池耦合、光電轉(zhuǎn)換效率檢測(cè)等實(shí)驗(yàn)裝置,通過比較不同Ⅳ測(cè)試電路的優(yōu)缺點(diǎn)設(shè)計(jì)和搭建了新的Ⅳ測(cè)試系統(tǒng)。在實(shí)驗(yàn)中,在太陽能電池輻照測(cè)試的0.5-6.0個(gè)SUN(AM1.5G)變化條件下,對(duì)多光譜組合的太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行了測(cè)試,經(jīng)大量Ⅳ測(cè)試數(shù)據(jù)分析,在2.8個(gè)SuN(A