超高效纳米天线太阳能电池

【摘要】： 目前出现过的所有太阳能电池在原理上大都依靠的是光生伏特效应,通过太阳光子“撞击”光电材料实现光电转化,但考虑到太阳光谱范围很宽,这种方式往往意味着在成本与效率之间的顾此失彼,而且也很难达到高效。从波粒二象性的角度考虑,太阳光理应可以从波动的角度加以吸收、利用。本论文利用天线原理和纳米科技最新进展,设计了一整套纳米天线太阳能电池方案,发现天线太阳能电池可以达到极高的光电转化效率,而且目前已经具备了实现这种太阳能电池的条件。具体而言本论文主要分四个章节加以阐述: 第一章中,论文主要阐述了太阳能电池的发展历程以及纳米科技在该领域中的重要作用; 第二章中,论文首先系统介绍了前人在天线太阳能电池领域的相关思想和理论模型,指出了其缺陷以及未能真正实现天线太阳能电池的原因。然后给出了一整套纳米天线太阳能电池的设计方案,其中包括设计优化的电池单元、电池单元的仿真处理、极为关键的整流问题、提高电池单元感应电压、电池单元的互联、极化匹配问题等。本文在方案中解决了设计天线太阳能电池的一系列关键难点,如避免高频交流电趋肤效应损耗、与天线融合的具有超高响应频率的微小整流器的精确加工方法等。CST2006仿真结果显示,该纳米天线太阳能电池单元可实现71.4%的光电转化效率; 第三章中,论文介绍了加工这种太阳能电池需要用到的主要纳米加工手段:纳米压印技术和薄膜技术,然后通过实例阐述了加工这种纳米天线太阳能的工艺流程; 最后一章对本论文所作的创新工作以及解决的问题做了总结,然后对该领域未来发展以及对其他领域的影响作了展望。 【关键词】：纳米科技 天线 MIM二极管 太阳能电池 纳米压印
【学位授予单位】：北京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-6
• 第一章 绪论6-12
• 1.1 纳米科技背景介绍6
• 1.2 太阳能电池背景介绍6-7
• 1.2.1 传统太阳能电池原理7
• 1.3 纳米科技与太阳能电池7-10
• 1.4 选题背景10
• 参考文献10-12
• 第二章 纳米天线太阳能电池12-35
• 2.1 天线太阳能电池发展历程12-14
• 2.1.1 第一个实用的转换天线12
• 2.1.2 卫星能量传送系统12-13
• 2.1.3 最早的天线太阳能电池模型13
• 2.1.4 美国Marks 的天线太阳能电池13-14
• 2.1.5 最新进展14
• 2.2 纳米天线太阳能电池结构14-16
• 2.2.1 基底14-15
• 2.2.2 光电转化层15-16
• 2.3 纳米天线太阳能电池原理与设计方案16-33
• 2.3.1 电池单元设计16-18
• 2.3.2 电池单元仿真处理18-22
• 2.3.3 整流问题22-26
• 2.3.4 感应电压26-28
• 2.3.5 电池单元的互联28-30
• 2.3.6 极化匹配问题30-31
• 2.3.7 纳米螺旋天线太阳能电池仿真31-33
• 参考文献33-35
• 第三章 制备纳米天线太阳能电池35-43
• 3.1 纳米加工手段35-39
• 3.1.1 纳米压印35-38
• 3.1.2 薄膜技术38-39
• 3.2 纳米天线太阳能电池制备方案39-41
• 参考文献41-43
• 第四章 总结与展望43-44
• 4.1 总结43
• 4.2 展望43-44
• 研究生阶段主要学术成果与奖励44-45
• 附录45-46
• 致谢46-47

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