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1、太阳能电池毕业设计【篇一：太阳能电池模拟 毕业论文】湖北大学本 科 毕 业 论 文 （设 计）题 目 新型硅基薄膜太阳能电池器件的设计与模拟姓名 彭真 学号2006221105220021专业年级 06 电 科指导教师 高云 职 称 教授2010 年 5 月 5 日 目录绪论 11 光伏太阳能电池的原理 21.1 光电池的电流电压特性 21.2 描述太阳能电池的参数 31.3 影响太阳电池转换效率的因素 42 模拟软件 amps-1d 的介绍 63 单晶硅太阳能电池的设计与模拟 83.1 单晶硅太阳能电池的研究概况及单晶硅性质 83.2 设计与模拟结果 93.2.1 单晶硅的性能参数 93.2
2、.2 单结型改变厚度 93.2.3 单结型改变掺杂浓度 123.2.4 改变结构 133.3 结论 144 多晶硅太阳能电池的设计与模拟 154.1 多晶硅太阳能电池的研究概况及多晶硅性质 154.2 设计与模拟结果 154.2.1 多晶硅的性能参数 154.2.2 单结型改变厚度 164.2.3 改变掺杂浓度 184.2.4 改变结构 204.3 结论 215 非晶硅太阳能电池的设计与模拟 215.1 非晶硅太阳能电池的研究概况及非晶硅性质 215.2 设计与模拟结果 235.2.1 非晶硅的性能参数 235.2.2 p-i-n 型设计与模拟 235.2.3 改变结构 295.3 结论 30
3、总结 31参考文献 32摘要本论文首先介绍了太阳能电池的光伏原理及其发展概况，并采用 am ps-1d软件模拟分析了单晶硅、多晶硅、和非晶硅太阳能电池的 光伏特性与器件结构的关系。通过采取pn结和pin结两种基本结构, 改变各层厚度和掺杂浓度，研究厚度和掺杂对太阳能电池转化效率、 填充因子、短路电流以及开路电压的影响。通过优化提出最佳电池 结构设计。【关键词】硅基太阳能电池 模拟 amps-1dthe modelling and simulation of new-type silicon-based solar cell abstractthis thesis briefly introdu
4、ced the basic pv mechanism and the development in pv cell. amps-1d software was utilized to simulate the photovoltaic property of various device structures for single crystal si, poly-si and amorphous si solar cell. all the parameters used in the simulations were obtained from the reported experimen
5、tal data. the basis structures were pn and pin diodes. by varing the thickness and the doping concentration of various layers, the photoelectric conversation efficiency, fill factor, short circuit current and open circuit voltage were studied. the best conversation efficiencies were obtained by opti
6、mizing the device structures.【key words】 silicon-based solar cell, modelling, amps-1d simulation绪论自从 1983年法国人贝克勒尔发现“光生伏特效应”以来，历经100 多年的发展，太阳能电池技术已经发展成为了一个相当庞大的学科 同时伴随着产生了一个相当庞大的产业链。从产生技术的成熟度来区分，太阳能电池可以分成：? 第一代太阳能电池：晶体硅太阳能电池? 第二代太阳能电池：各种薄膜太阳能电池，包括：非晶硅薄膜太阳能电池（a-si）、碲化铬太阳电池（cdte）、铜铟稼硒太阳电池（cigs）、砷化镓太阳电池
7、、纳米二氧化钛染料敏化太阳能电池。?第三代太阳电池：各种叠层太阳能电池、热光伏电池（tpv）、量子阱及量子点的超晶 格太阳电池、中间带太阳电池、上转换太阳电池、下转化太阳电池、 热载流子太阳电 池、碰撞离化太阳电池等新概念太阳电池。其中，第一代太阳电池已经进入大规模产业化阶段，有部分种类已 经实现量产，但是技术成熟程度还有待提高。第三代太阳电池是向 着超高效率的方向努力，具备真正突破现有技术瓶颈的概念，但是 目前这种电池还只是停留在概念及理论设计阶段，甚至没有成型的 产品问世。太阳电池从所使用的材料来区分，又可区分为：硅基太阳电池：以硅材料为基本材质，其中包括：单晶硅太阳电池、 多晶硅太阳电池
8、、非晶硅薄膜太阳电池、纳米硅薄膜太阳电池、微 晶硅薄膜太阳电池、非晶硅/晶体硅异质结太阳电池。11族材料太 阳电池：cdte太阳电池、cigs太阳电池。UI-V族太阳电池：gaas系列多结太阳电池、热光伏太阳电池。染料敏化太阳电池：主要利用染料对于太阳电池光谱吸收的可变性 与二氧化钛材料组装在一起，制备成可供多种吸收波段的太阳电池 器件。有机材料电池：正在开发使用有机材料制备出类似叶绿素的太阳电 池。如果从来料方面来评价太阳电池在未来的地位，人们有理由认为， 只有硅基材料的太阳能电池在未来最有可持续性。因为硅在地球上 的丰度为 26%，仅次于氧属于世界上第二丰富的材料，相比之下其他电池相关材料
9、的丰度都有限，难以在太阳电池产业中形成支配性 的地位。因此，在未来世界太阳电池的主流产品仍旧为硅基太阳电 池。目前，由于使用了氮化硅反射膜技术，使得单晶硅太阳电池的效率 达到 16.5%。而多晶硅电池使用了表面织构化技术、氮化硅减反射膜和表面钝化技术，其效率达到 14.5%-15%。由于硅基太阳电池和半导体行业的发展使得高纯硅材料的供应空前紧张，因此，主流太 阳电池的产业化技术进展主要是进行硅片的超薄化，晶体太阳电池 的厚度已经降到了 2O0-23Oum,在近几年内还将继续下降到180um。如此薄的硅片为太阳电池的制备增加了难度，指的制备技术有很大 的改进，包括新型水平清洗技术、链式扩散技术、
10、硼背场技术、激 光去边技术等等。而且，也要求整条生产线具有更高的自动化水平， 出现全自动的生产线，以降低破损率。太阳电池实验室技术也有了很大的进展。澳大利亚华裔科学家赵建 华保持了单晶硅太阳能电池的最高纪录：24.7%。在这种太阳能电池=技术中使用了倒金字塔结合双层减反射膜以降低表面的反射；采用 了硼背场结合背表面钝化技术减少背表面的复合效应；采用了前后 电极的选择性扩散以减少以减少欧姆接触。经过这些技术的改进才 到达这样高的效率，这种效率已经非常接近晶体硅太阳电池的理论 效率。美国的sunpower公司制备了一种将p型电极和n型电极全部做在背面的太阳能电池，大大提高了太阳电池的效率，使得产业
11、 化太阳电池的效率提高到 20%以上。日本的三洋公司用非晶硅的 pecvd技术与晶体硅衬底相结合的太阳电池技术，制备出了 hit太阳 电池，其效率达到 21%以上，大面积产业化效率达到 19.3%。这种电池可以双面受光，制造成本较低。本文主要用 amps-1d(a one-dimensional device simulation program for the analysis of篇二：有机太阳能电池封装技术毕业设计】1 有机太阳能电池概述1.1 研究背景 随着化石能源的日益枯竭,可再生能源的寻求已经迫在眉睫，太阳能 作为一种取之不尽、用之不竭的绿色能源受到了人们的关注。据统 计，地球表面
12、接受的太阳能辐射达到全球需求能源的一万倍，地球 每平方米平均每年受到的辐射可发电289kw.h，在全球4%的沙漠上 装太阳光伏系统，就足以满足全球能源需求。因此光伏发电具有广 阔的发展空间。目前占光伏市场主导地位的是单晶硅和多晶硅太阳能电池。但是,昂贵的成本是限制无机太阳能电池进一步发展的重要 因素。并且，中国多晶硅价格从去年最高的超过 300 万元/吨，下降 至目前大约 120万元/吨。薄膜太阳能电池等由于成本低,市场份额迅速扩大，这不仅对传统晶硅电池价格形成压制，同时在一定程度上 降低了太阳能发电成本。从 20 世纪 70 年代开始人们就越来越关注有机太阳能的研制。在导 电聚合物上的研发利
13、用取得很大的进步，有机半导体成为硅半导体 的替代品指日可待。机导电聚合物有其独特的优势：有机分子可以 经过加工，不需要得到晶体状无机半导体。特别是聚合物半导体的 优越性是与廉价的加工技术联系在一起。大量的研究表明，导电聚 合物是集各种性能于一身的半导体材料。导电聚合物又称导电高分子,是通过参杂手段,能使得电导率在半导体和导体范围内的聚合物.自 1970年代第一种导电聚合物聚乙炔发现以来,一系列星星导电聚合 物相继问世.常见的导电聚合物有聚乙炔,聚噻吩,聚吡咯,聚苯胺,聚苯 撑,聚苯撑乙烯,和聚双炔等.有机薄膜聚合物的快速发展，为有机薄膜 太阳能电池的发展，提供有力的支持。机薄膜太阳能电池也是一
14、种 薄膜器件，现在的各种成熟的薄膜制造技术为有机薄膜太阳能电池 的发展提供技术保障。有机聚合物太阳能电池具有可重复利 用，质量轻，柔性强，对环境无污染，低成本，制作过程简易迅速=等优点。2.8%提高到55%。2012年,do等6报道了效率高达8.62%的反型结构叠层太阳能电池,主要釆用了更高效的低带隙材料作为子电池的 活性层。2013年,you等7继续优化低带隙聚合物并釆用dou等所10.6%)。1.2 有机太阳能电池的基本结构1.2.1 单层有机太阳能电池器件 单层太阳能电池是由一层同质单一极性的有机半导体嵌入电极之间 而组成的电池器件，如图1-1(a)，其结构为:玻璃基片/电极/同质活性
15、层/电极，阳极一般是ito，阴极一般是功函数低的金属al, ag, ca, mg 等。在有机单层器件中，两个电极功函数差别导致的内建电场是 激子解离 为电子和空穴的主要驱动力,然而,内建电场一般不足以将有机材 料的激子解离,所以激子解离效率极低。从而导致单层结构光电转 换效率很低。1.2.2 双层异质结有机太阳能电池器件 双层异质结有机太阳能电池的给体和受体材料分层于阴极和阳极两 个电极间组成平面型d-a界面，如图1-1(b),其结构为：玻璃基片/ 阳极/给体材料/受体材料/金属阴极，在双层异质结太阳能电池器件中 电荷分离的主要驱动力是给体和受体的lumo的能极差(给体和受体 界面的电子势垒)。在界面处较大的势垒更有利于激子的解离。和 单层器件对比，双层异质结器件的优点在于提供更好的电子空穴通 道。电子和空穴分别在n型受体材料中和p型给体材料中传输，使 电荷分离效率增大，自由电荷重新复和率减小。1.2.3 体异质结有机太阳能电池器件本体异质结有机太阳能电池的给体和受体在活性层中是充分混合的，d-a界面存在于整个活性层。如图1-1(c)，其结构为：玻璃基片/阳极 /混合活性层材料/金属阴极，与双层异质结相似，都是用d-a界面效应来转移电荷。区别在于本
