硅基薄膜太陽能電池近紅外截止濾波器的優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究

【摘要】：硅基薄膜太陽能電池作為“第二代”光伏器件最具競(jìng)爭(zhēng)力的角色之一,主要有以下幾方面優(yōu)點(diǎn)：無毒無污染、材料來源廣泛、制備技術(shù)成熟等。近年來,商業(yè)化生產(chǎn)的光伏組件還是以硅基太陽能電池為主,主要分為晶體硅、薄膜硅兩大類,由于原材料都是硅,故其工作帶隙基本都在400-1100nm范圍內(nèi),對(duì)于近紅外波段的大部分低能光子不會(huì)被吸收用來產(chǎn)生電子空穴對(duì),而且這部分近紅外光具有很強(qiáng)的熱輻射效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量熱能,使電池的工作溫度升高,進(jìn)而降低了電池的輸出功率。 鑒于以上原因,我們?cè)O(shè)計(jì)了一種近紅外截止濾波器,在不影響太陽能電池正常工作波段透過率的前提下過濾掉近紅外波。近年來,一維光子晶體以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制備工藝比較完善且具有近似完全光子禁帶的全向反射帶,在理論和實(shí)驗(yàn)研究上都得到了研究人員的高度重視。本論文主要研究的就是如何用最簡(jiǎn)化的光子晶體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)該濾波器,在保證太陽能電池正常工作帶隙不受影響的前提下,最大限度的提高近紅外光譜截止帶寬,具體模擬計(jì)算與實(shí)驗(yàn)過程如下： 第一部分我們利用傳輸矩陣法(Transfer Matrix Method, TMM),研究均勻平面波透過多層膜結(jié)構(gòu)的傳輸特性,然后使用MATLAB編寫程序、調(diào)用TMM算法,設(shè)置光子晶體材料參數(shù),進(jìn)行理論模擬計(jì)算,最終得到在400-2000nm范圍內(nèi)的透射譜圖,并分析光子晶體材料折射率、光子晶體周期數(shù)以及光子晶體晶格常數(shù)對(duì)結(jié)果的影響,得到最簡(jiǎn)單的一維光子晶體濾波器結(jié)構(gòu),其近似完全光學(xué)禁帶為1051.6nm～1594.4nm。 第二部分為了驗(yàn)證我們理論設(shè)計(jì)的合理性、實(shí)用性,利用磁控濺射法制備出該濾波器結(jié)構(gòu),使用的儀器是Pecs682濺射鍍膜儀。然后對(duì)樣品進(jìn)行表征,使用JSM-6510掃描電子顯微鏡掃描其橫截面并使用lambda750紫外／可見光／近紅外分光光度計(jì)測(cè)量400-2000nm光譜范圍內(nèi)透過率,最后與模擬計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行比較、分析,得出結(jié)論。 本文最后針對(duì)所設(shè)計(jì)的近紅外截止濾波器在太陽能電池中的潛在的應(yīng)用做理論上的解釋、分析。 【關(guān)鍵詞】：硅基太陽能電池 一維光子晶體 濾波器 磁控濺射法
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN713;TM914.42
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1. 緒論10-17
• 1.1. 研究背景10-11
• 1.2. 太陽能電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀11-13
• 1.3. 薄膜太陽能電池的研究現(xiàn)狀13-15
• 1.4. 本文研究的主要內(nèi)容15-17
• 2. 溫度對(duì)太陽能電池及其組件的影響17-22
• 2.1. 太陽能電池的基本原理17
• 2.2. 薄膜太陽能電池的溫度上限17-19
• 2.3. 溫度對(duì)太陽能電池參數(shù)的影響19-21
• 2.3.1. 短路電流19
• 2.3.2. 飽和暗電流19
• 2.3.3. 開路電壓19-20
• 2.3.4. 輸出功率20-21
• 2.4. 本章小結(jié)21-22
• 3. 近紅外截止濾波器的優(yōu)化設(shè)計(jì)22-35
• 3.1. 光子晶體在太陽能電池中的應(yīng)用22
• 3.2. 一維光子晶體的研究方法22-26
• 3.2.1. 平面波展開法(PWE)23
• 3.2.2. 時(shí)域有限差分法(FDTD)23-24
• 3.2.3. 傳輸矩陣法(TTM)24-26
• 3.3. 布洛赫波和帶結(jié)構(gòu)26
• 3.4. 傳輸矩陣法計(jì)算多層膜結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)26-27
• 3.5. 濾波器結(jié)構(gòu)的編程模擬與優(yōu)化27-33
• 3.5.1. 拓寬濾波器的禁帶寬度30-32
• 3.5.2. 最終優(yōu)化的濾波器結(jié)構(gòu)32-33
• 3.6. 本章小結(jié)33-35
• 4. 近紅外截止濾波器的實(shí)驗(yàn)制備與檢測(cè)35-42
• 4.1. 磁控濺射法35-36
• 4.2. 實(shí)驗(yàn)樣品、試劑及儀器介紹36-37
• 4.3. 定標(biāo)37-38
• 4.4. 濾波器的實(shí)驗(yàn)制備38-39
• 4.5. 濾波器的檢測(cè)與分析39-41
• 4.5.1. 濾波器的橫截面圖39-40
• 4.5.2. 濾波器的透射譜圖40-41
• 4.6. 本章小結(jié)41-42
• 5. 總結(jié)與展望42-44
• 5.1. 本文所設(shè)計(jì)濾波器的潛在應(yīng)用42-44
• 致謝44-45
• 參考文獻(xiàn)45-51
• 附錄51-52

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