论文部分内容阅读
研究发现，在电池表面构造微结构可对太阳能电池表面的吸收特性进行调控，通过优化微结构可以使在较宽的波段内获得较优的吸收特性。同时，随着微纳加工技术的发展，使得微结构的构造成为可能。本文在深入分析太阳能电池研究现状的基础上，结合微结构在太阳电池领域应用前景的探索，主要研究了以下内容：1、太阳能电池的基本理论与光子吸收的数值计算方法基于典型的p-n结太阳电池，阐述了太阳能电池的工作原理，明确了太阳电池从光子入射到产生电流的物理过程。分析了衡量太阳能电池特性的4个重要参数：短路电流、开路电压、填充因子和光电转换效率。将电磁理论用于研究微结构太阳电池光谱特性，采用麦克斯韦方程组描述太阳入射光与太阳电池微结构的相互作用，利用时域有限差分(FDTD)方法，以Yee元胞为离散单元对麦克斯韦方程组进行离散，建立了数值计算方法。2、非晶硅薄膜太阳电池强化光子吸收机理及结构优化采用FDTD方法，以a-Si:H薄膜太阳电池为例，分析了上电极、背电极、本征吸收层等因素对薄膜电池光谱特性的影响。采用了纳米颗粒优化设计周期性阵列结构a-Si:H薄膜太阳能电池，分析了纳米颗粒的金属种类、结构尺寸及颗粒位置等参数对其光谱吸收特性的影响。通过对沉积金属的材料的对比分析，研究发现Al纳米颗粒对吸收增强的效果最大，且Al纳米颗粒自身的吸收也比较低；对在ITO层底部的颗粒半径进行了分析，发现颗粒半径为30nm时300nm~800nm波段的吸收增强较大；对纳米颗粒的位置进行讨论，发现在电池上部沉积纳米颗粒时短波段的吸收增强较明显，而在电池下部沉积纳米颗粒时长波段的吸收增加较明显。本文提出了在电池结构中的上下2个位置分别沉积一个金属颗粒，在ITO层底部沉积半径为30nm的Al纳米颗粒，在a-Si:H层底部沉积半径为50nm的Al纳米颗粒，该种结构可以在较宽光谱范围内获得最优吸收特性。3、硅太阳电池表面微结构实验验证通过磁控溅射在硅片表面制备银膜，薄膜厚度为50nm，再利用退火工艺在硅片表面形成Ag纳米颗粒；采用扫描电镜(SEM)技术表征微结构表面形貌，通过紫外-可见-近红外分光光度计测试电池工作波段内的反射光谱。实验研究发现Si表面沉积Ag纳米颗粒后，其表面反射率明显降低。