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太阳能光伏技术是把太阳的光能转换成电能的主要方式。随着社会对能源需求的持续增加,太阳能电池技术的研究和应用越来越得到人们的重视。提高电池效率和降低电池成本是太阳能电池研究领域的两大核心问题。本文详细介绍了太阳能电池的工作原理以及影响太阳能电池效率的因素。研究了太阳能电池减反射结构和太阳能电池背反射结构,设计了太阳能电池片的工艺流程。
从理论上分析了用于太阳能电池的减反射膜结构,并且制作了Si02、SiNx、AZO等不同材料的减反射薄膜,研究了其减反效果和对电池效率的影响。仿真结果表明68nm厚的SiNx膜可以使硅电池表面平均反射率在400nm~1100nm波长范围内降至10.46%。
设计了纳米柱结构、蛾眼结构、金字塔结构等纳米抗反射结构,用FDTDSolution软件对不同参数的纳米抗反射结构进行模拟,研究了不同结构参数的纳米抗反射结构的反射光谱,计算了蛾眼结构和金字塔结构斜入射时的反射光谱。研究证明蛾眼结构和金字塔结构在较宽入射角度范围内都有较好的抗反射效果。
研究了太阳能电池的背反射结构。根据多光束干涉原理设计了异型布拉格背反射结构。该异型布拉格背反射结构由两对非晶硅(36.5nm)/二氧化硅(81nm)分布式布拉格结构与三对非晶硅(73nm)/二氧化硅(162nm)分布式布拉格结构组成。采用迭代法计算了异型布拉格反射器的性能,用等离子增强化学气相沉积法在硅衬底上生长出具有五对α-Si:H/Si02结构的异型布拉格反射镜,并测试其反射光谱曲线。实验证明该异型布拉格反射器在420nm~1400nm光谱范围内反射率达到87%,在600nm~1300nm波长范围内的平均反射率高达91.6%,从而具有显著提高太阳能电池的宽谱吸收效率的潜力。
基于中科院微系统加工平台和交大林洋光伏研究中心工艺线设计了多晶硅太阳能电池片的工艺流程,制作了四种具有不同增透膜的4cm×4cm的多晶硅电池片。测试了电池片的开路电流、短路电流、填充因子、转换效率等参数。实验证明太阳能电池经过制绒和镀膜工艺处理后,能够有效的减少表面的反射率,提高太阳能电池的光电转换效率。