基于表面等離子體的非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池吸收性能的研究

【摘要】：太陽(yáng)能電池可以通過(guò)光伏效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)化為電能,這使其成為了解決能源問(wèn)題的重要手段。然而,現(xiàn)今太陽(yáng)能發(fā)電的成本仍然要高于化石能源發(fā)電,非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池因?yàn)槠渌璨牧象w積的減少和材料價(jià)格的低廉成為降低太陽(yáng)能電池成本的理想材料。但是非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池由于吸收層厚度較薄導(dǎo)致光吸收性能較差。所以,通過(guò)陷光結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提高太陽(yáng)能電池的吸收效率已成為了太陽(yáng)能電池研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。在眾多的陷光結(jié)構(gòu)中,金屬表面等離子體納米結(jié)構(gòu)在局域能量增強(qiáng)和寬帶吸收方面表現(xiàn)出優(yōu)良的性能,在薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中展現(xiàn)出重要的價(jià)值。 在本文中,我們研究了表面等離子結(jié)構(gòu)的陷光原理,并對(duì)不同位置、不同形狀的金屬納米結(jié)構(gòu)對(duì)薄膜太陽(yáng)能電池陷光性能的影響進(jìn)行分析,為后續(xù)具有高吸收效率的新型表面等離子體陷光結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)提供理論上的支撐和設(shè)計(jì)上的參考。 之后我們提出了由前端半圓形介質(zhì)凹槽和后端梯形金屬背反射結(jié)構(gòu)組成的超薄的非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)。金屬背反射結(jié)構(gòu)通過(guò)表面等離子體模式的陷光作用提高了吸收層在長(zhǎng)波段的光吸收,介質(zhì)凹槽結(jié)構(gòu)通過(guò)法布里-珀羅共振、散射效應(yīng)以及和表面等離子體模式的耦合作用提高太陽(yáng)能電池在短波段的吸收效率。在垂直光照下,雙界面非晶硅太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)將活性層的吸收效率提高了30%。并且此結(jié)構(gòu)在-60。至60。的入射角度內(nèi)都能保持很高的吸收效率。高效率、寬帶吸收并對(duì)入射方向不敏感的特點(diǎn)使其對(duì)非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池陷光結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)制造具有一定的參考價(jià)值。 【關(guān)鍵詞】：表面等離子體 薄膜太陽(yáng)能電池 陷光 寬帶吸收
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TM914.42
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-16
• 1.1 太陽(yáng)能電池發(fā)展概況9-10
• 1.2 太陽(yáng)能電池的工作原理10-11
• 1.3 非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的研究意義11-14
• 1.3.1 非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池研究背景11-12
• 1.3.2 非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池研究方向12-13
• 1.3.3 非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池陷光結(jié)構(gòu)13-14
• 1.4 本文的主要工作14-16
• 第二章 表面等離子體在太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)中的應(yīng)用16-22
• 2.1 表面等離子體的基本理論16-18
• 2.1.1 表面等離子體16-18
• 2.1.2 局域表面等離子體18
• 2.2 表面等離子體技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀18-19
• 2.3 表面等離子體陷光結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池19-22
• 第三章 薄膜太陽(yáng)能電池性能研究方法22-28
• 3.1 薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)模型22-23
• 3.2 電磁場(chǎng)理論基礎(chǔ)23-24
• 3.3 有限元法24-25
• 3.4 太陽(yáng)能電池性能計(jì)算25-28
• 第四章 表面等離子體提升太陽(yáng)能電池性能的研究28-38
• 4.1 表面等離子體結(jié)構(gòu)對(duì)太陽(yáng)能電池性能的影響28-31
• 4.2 表面等離子體陷光結(jié)構(gòu)位置研究31-35
• 4.2.1 前端金屬陷光結(jié)構(gòu)31-33
• 4.2.2 后端金屬陷光結(jié)構(gòu)33-35
• 4.3 表面等離子體陷光結(jié)構(gòu)形狀研究35-38
• 第五章 基于表面等離子體的雙界面太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)38-51
• 5.1 梯形背反射表面等離子體結(jié)構(gòu)38-42
• 5.2 半圓形前端介質(zhì)凹槽結(jié)構(gòu)42-46
• 5.3 雙界面結(jié)構(gòu)薄膜太陽(yáng)能電池46-49
• 5.4 入射角度對(duì)吸收性能的影響49-51
• 第六章 總結(jié)與展望51-54
• 參考文獻(xiàn)54-57
• 致謝57-58
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文58

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