光學(xué)調(diào)制結(jié)構(gòu)對(duì)太陽(yáng)能電池性能的影響.pdf

1、本論文首先簡(jiǎn)要的闡述了太陽(yáng)能電池的研究背景和目前的研究現(xiàn)狀，詳細(xì)的分析了太陽(yáng)電池的基本結(jié)構(gòu)和原理，從電池結(jié)構(gòu)出發(fā)對(duì)其性能進(jìn)行優(yōu)化，從不同角度提出了幾種光學(xué)調(diào)制結(jié)構(gòu)以期提高太陽(yáng)能電池對(duì)光子的吸收效率，進(jìn)而提高太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率。
　　首先，本論文中利用MEDICI軟件對(duì)p-i-n結(jié)太陽(yáng)電池各子層結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，分析影響電池性能的內(nèi)在因素。得到了較優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，增透膜ITO厚度為0.06μm時(shí)透射率最大， p區(qū)的摻雜濃度為1E19c

2、m-3電池特性最好，太陽(yáng)電池的p區(qū)厚度0.01μm左右較為合適。在優(yōu)化參數(shù)條件下電池的轉(zhuǎn)換效率為18.9％左右。
　　常規(guī)的硅太陽(yáng)電池由于厚度小，入射進(jìn)入電池體內(nèi)的光子不能夠充分的被電池吸收，并且，電池的自身優(yōu)化始終是有限制的。因此設(shè)計(jì)了一維F-P結(jié)構(gòu)的光子晶體即DBR結(jié)構(gòu)作為太陽(yáng)電池的背部反射器，因?yàn)楣庾泳w具有光子帶隙，選擇合適的結(jié)構(gòu)參數(shù)，太陽(yáng)光譜中能量分布較強(qiáng)的部分恰好在該DBR的禁帶中，使得從電池吸收層透射的光能夠被更有效

3、的反射回吸收層進(jìn)行二次吸收，提高有效吸收效率。本論文中應(yīng)用二維TCAD仿真軟件MEDICI設(shè)計(jì)了具有DBR結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)電池，并對(duì)其性能進(jìn)行了提取和分析，電池各個(gè)方面的特性都得到了明顯提高，填充因子從0.842增加到0.852，同時(shí)轉(zhuǎn)換效率從18.9%提高到20.52%，在普通p-i-n電池的基礎(chǔ)上提高了8.56%。
　　DBR結(jié)構(gòu)的反射光譜區(qū)域分布受到結(jié)構(gòu)參數(shù)（子層厚度，介電常數(shù)對(duì)比度）的影響，其光譜寬度有限，不能對(duì)所有太陽(yáng)光都具有

4、高的反射率。因此，本論文設(shè)計(jì)了雙DBR結(jié)構(gòu)，由兩種具有不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的DBR組成，可將反射頻譜的范圍擴(kuò)大，進(jìn)一步提高光的反射范圍，得到550nm~1400nm的寬反射光譜。使得電池的轉(zhuǎn)換效率提高到21.02%，在普通p-i-n電池的基礎(chǔ)上提高了11.2%。
　　另外，當(dāng)入射光被DBR反射后再次入射到有源層時(shí)，為了延長(zhǎng)反射回來(lái)的光在有源層充分吸收，可以使反射光作發(fā)散的形式傳播，這樣可以有效的提高光子的吸收光程，本論文中設(shè)計(jì)了光柵結(jié)構(gòu)，