基于表面等离子体的非晶硅薄膜太阳能电池吸收性能的研究

【摘要】：太阳能电池可以通过光伏效应将光能转化为电能,这使其成为了解决能源问题的重要手段。然而,现今太阳能发电的成本仍然要高于化石能源发电,非晶硅薄膜太阳能电池因为其所需材料体积的减少和材料价格的低廉成为降低太阳能电池成本的理想材料。但是非晶硅薄膜太阳能电池由于吸收层厚度较薄导致光吸收性能较差。所以,通过陷光结构的设计提高太阳能电池的吸收效率已成为了太阳能电池研究的热点问题。在众多的陷光结构中,金属表面等离子体纳米结构在局域能量增强和宽带吸收方面表现出优良的性能,在薄膜太阳能电池结构设计中展现出重要的价值。 在本文中,我们研究了表面等离子结构的陷光原理,并对不同位置、不同形状的金属纳米结构对薄膜太阳能电池陷光性能的影响进行分析,为后续具有高吸收效率的新型表面等离子体陷光结构的太阳能电池设计提供理论上的支撑和设计上的参考。 之后我们提出了由前端半圆形介质凹槽和后端梯形金属背反射结构组成的超薄的非晶硅薄膜太阳能电池结构。金属背反射结构通过表面等离子体模式的陷光作用提高了吸收层在长波段的光吸收,介质凹槽结构通过法布里-珀罗共振、散射效应以及和表面等离子体模式的耦合作用提高太阳能电池在短波段的吸收效率。在垂直光照下,双界面非晶硅太阳能电池结构将活性层的吸收效率提高了30%。并且此结构在-60。至60。的入射角度内都能保持很高的吸收效率。高效率、宽带吸收并对入射方向不敏感的特点使其对非晶硅薄膜太阳能电池陷光结构的设计制造具有一定的参考价值。 【关键词】：表面等离子体 薄膜太阳能电池 陷光 宽带吸收
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.42
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 太阳能电池发展概况9-10
• 1.2 太阳能电池的工作原理10-11
• 1.3 非晶硅薄膜太阳能电池的研究意义11-14
• 1.3.1 非晶硅薄膜太阳能电池研究背景11-12
• 1.3.2 非晶硅薄膜太阳能电池研究方向12-13
• 1.3.3 非晶硅薄膜太阳能电池陷光结构13-14
• 1.4 本文的主要工作14-16
• 第二章 表面等离子体在太阳能电池设计中的应用16-22
• 2.1 表面等离子体的基本理论16-18
• 2.1.1 表面等离子体16-18
• 2.1.2 局域表面等离子体18
• 2.2 表面等离子体技术的发展现状18-19
• 2.3 表面等离子体陷光结构的太阳能电池19-22
• 第三章 薄膜太阳能电池性能研究方法22-28
• 3.1 薄膜太阳能电池结构模型22-23
• 3.2 电磁场理论基础23-24
• 3.3 有限元法24-25
• 3.4 太阳能电池性能计算25-28
• 第四章 表面等离子体提升太阳能电池性能的研究28-38
• 4.1 表面等离子体结构对太阳能电池性能的影响28-31
• 4.2 表面等离子体陷光结构位置研究31-35
• 4.2.1 前端金属陷光结构31-33
• 4.2.2 后端金属陷光结构33-35
• 4.3 表面等离子体陷光结构形状研究35-38
• 第五章 基于表面等离子体的双界面太阳能电池结构设计38-51
• 5.1 梯形背反射表面等离子体结构38-42
• 5.2 半圆形前端介质凹槽结构42-46
• 5.3 双界面结构薄膜太阳能电池46-49
• 5.4 入射角度对吸收性能的影响49-51
• 第六章 总结与展望51-54
• 参考文献54-57
• 致谢57-58
• 攻读学位期间发表的学术论文58

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