光面晶体硅—陷光膜复合的太阳能电池光电特性研究

【摘要】：太阳能电池是利用半导体材料光生伏特效应来工作的器件,能够将太阳光的能量直接转化为电能。近年来,在各国利好政策的支持下,光伏产业发展迅猛。晶体硅电池以其性价比高的优势在光伏市场一直占据主流地位。围绕晶体硅电池吸光率及光电转换效率的提高,本文进行了系列的相关研究。采用化学抛光处理得到光滑的晶体硅表面,去除晶体硅片表面的损伤层,光面晶体硅片所制作的电池具有较高的光生伏特效应,但是光面晶体电池表面的反射损失高达30%左右。目前主要采用制绒工艺获得绒面结构来减少其表面反射损失,但绒面结构会导致晶体硅高温扩散不一致、晶格位错缺陷、接触电阻增大等不利因素的凸显,从而削弱晶体硅电池的光生伏特效应。本文研究一种陷光膜复合至光面晶体硅表面,以提高光面晶体硅电池的吸光率,并保持其较高的光生伏特效应,得到了高效率的光面晶体硅-陷光膜复合电池。本文主要从以下几个方面展开研究:1)分析各种晶体硅的表面制绒方法及其表面结构,研究晶体硅电池表面微结构对其光学性能及光生伏特效应的影响。实验制作光面晶体硅电池和不同尺寸微结构的绒面晶体硅电池,观察各种晶体硅电池的表面形貌,并测试其吸光率及转换效率。撇开吸光率的影响,分析不同表面形貌对晶体硅电池的光生伏特效应的影响规律,通过实验得到了光面晶体硅电池具有最佳的光生伏特效应。2)分析晶体硅电池绒面结构的陷光原理,根据陷光原理设计陷光膜的表面形貌及结构,通过理论计算及软件模拟优化陷光膜结构参数。根据晶体硅的折射率及多层膜减反射原理选择合适的陷光膜材质,研究其加工工艺,制作出陷光膜并测试其表面粗糙度。3)研究层压复合工艺及胶粘复合工艺,结合陷光膜材质及晶体硅电池,优化光面晶体硅-陷光膜复合电池的结构,构建高效的光面晶体硅-陷光膜复合电池模型。实验制作光面晶体硅-陷光膜复合电池,实验分析复合电池的光学和电学特性。通过以上研究,确定出高光生伏特效应的光面晶体硅电池及其制作工艺,设计低反射损失的陷光膜,通过将陷光膜复合至光面晶体硅电池表面,提高光面晶体硅电池的吸光率,从而获得较高转换效率的复合电池。获得的复合电池转换效率为18.1%,比相同基材的绒面晶体硅电池的转换效率提升1.6%。 【关键词】：光生伏特效应 吸光率 光面晶体硅 陷光膜 复合电池 光电转换效率
【学位授予单位】：集美大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-13
• 1.1 研究背景10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.3 本文的研究意义12
• 1.4 本文的研究内容12-13
• 第2章 晶体硅太阳电池13-19
• 2.1 晶体硅电池发展历程13
• 2.2 晶体硅电池的工作原理13-15
• 2.3 晶体硅电池转换效率的影响因素15-17
• 2.3.1 光学损失15-16
• 2.3.2 电学损失16-17
• 2.4 晶体硅电池的加工及封装工艺17-18
• 2.4.1 晶体硅电池的加工工艺17
• 2.4.2 晶体硅电池的封装17-18
• 2.5 小结18-19
• 第3章 光面晶体硅电池19-31
• 3.1 光面晶体硅表面微结构与绒面对比实验19-26
• 3.1.1 不同表面微结构的晶体硅腐蚀机理19-21
• 3.1.2 实验方案、过程及测试仪器21-23
• 3.1.3 晶体硅表面微结构23-26
• 3.2 光面与绒面晶体硅电池实验研究26-29
• 3.2.1 光面与绒面晶体硅电池制作及测试26-27
• 3.2.2 光面晶体硅电池与绒面电池光学特性分析27-28
• 3.2.3 光面晶体硅电池与绒面电池效率对比分析28-29
• 3.3 光面晶体硅电池光电特性分析29-30
• 3.4 小结30-31
• 第4章 高效陷光膜设计31-49
• 4.1 陷光原理分析31
• 4.2 高效陷光膜模型31-33
• 4.2.1 陷光膜表面微结构设计31-32
• 4.2.2 光线追迹优选陷光膜表面微结构32-33
• 4.3 三棱锥体模型优化设计33-44
• 4.3.1 单元模型分析33-35
• 4.3.2 光线的理论计算35-37
• 4.3.3 陷光膜参数优化37-42
• 4.3.4 光线追迹42-44
• 4.4 陷光膜加工工艺44-48
• 4.4.1 工作模具的制作44-47
• 4.4.2 陷光膜样品制作与测试47-48
• 4.5 小结48-49
• 第5章 光面晶体硅-陷光膜复合电池49-56
• 5.1 复合工艺研究49-50
• 5.1.1 真空层压复合49-50
• 5.1.2 胶粘复合50
• 5.2 采用TracePro7.0 对复合电池光线追迹及优化50-53
• 5.2.1 建立复合电池模型50-51
• 5.2.2 模型参数设置及优化51-52
• 5.2.3 复合电池模型的反光率模拟及理论效率52-53
• 5.3 实验研究光面晶体硅-陷光膜复合电池53-55
• 5.3.1 制作光面晶体硅-陷光膜复合电池53
• 5.3.2 测试光面晶体硅-陷光膜复合电池的反射率53-54
• 5.3.3 测试光面晶体硅-陷光膜复合电池的电学性能54-55
• 5.4 小结55-56
• 第6章 结论与展望56-58
• 6.1 结论56
• 6.2 展望56-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-62
• 附录62-67
• 在学期间发表的学术论文67
• 在学期间申请的专利67
• 在学期间参加的科研项目67

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