掺YAG：Ce的硅基太阳能电池减反射的研究

摘要

用于实现将太阳能转换为电能的光伏(PV)技术，是一种绿色、可再生能源发电技术，具有很好的前景。尽管对光伏技术的研究已经有半个多世纪，但由于太阳能电池较低的功率和转换效率，应用太阳能电池的成本仍然很高。提高光伏能量转换效率的主要困难在于入射太阳能光谱中光子的能量分布与半导体材料的带隙之间的光谱不匹配。近年来，人们已经合成了能够实现光谱转换成特定波长光子的发光材料，它们能够最大化减少太阳能电池在能量转换过程中的损耗。在光谱转换的研究中，特别强调光伏应用中的镧系元素的上转换、量子切割和下转移。此外，基于这些发光材料，开发具有低成本、高性能的太阳能电池，正面临着技术挑战。
　　对短波长的光子，硅太阳能电池光谱响应较差。由于这些光子的吸收系数较高，它们在到达PN结之前就被吸收，不能产生电子-空穴对。一个有效的解决方案是在太阳能电池表面引入下转移材料。这些材料可以吸收紫外(UV)或蓝光并重新发射可见光或近红外光。YAG∶Ce是最优选的LDS材料之一，可以吸收200 nm-500 nm范围内的光子，发射长波光子。在长波长范围内，太阳能电池具有更好的光谱响应。然而，将YAG∶Ce荧光体引入太阳能电池会增加表面反射，对电池的性能产生负面影响。因此，减少由荧光粉引起的反射很重要。
　　在晶体硅太阳能电池的表面，我们使用不同直径YAG∶Ce荧光体颗粒，并用EVA进行封装。课题研究了不同尺寸的YAG∶Ce颗粒对电池效率的影响。在单晶硅太阳能电池的表面，引入了直径为10μm和15μm的Ce掺杂的钇铝石榴石(YAG∶ Ce)颗粒作为下转移材料(LDS)，并采用丝网印刷法将其丝印在太阳能电池上。它们可将紫外线和蓝光转换为黄光。采用光线跟踪软件“TracePro”和制图软件“AutoCAD”进行仿真实验，结果表明，引入直径为15μm的YAG∶Ce荧光粉颗粒可提高转换效率，使电池效率从16.64％（裸电池）上升到17.47％（封装电池）。这是YAG∶Ce荧光粉颗粒的下转移效应和短波部分反射减少共同作用的结果。

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摘要

Abstract

Contents

Chapter 1 Introduction to Back Ground of Solar Cells

1．2 Alternative Sources of Energy

1．3 Nuclear Fusion Reaction in the Sun

1．5 Generations of Solar Cells

1．6 Electronic Characteristics of Solar Cells

1．6．2 Short Circuit Current and open Circuit Voltage

1．6．3 Efficiency

1．6．4 Standard Model of Solar Cells

1．6．5 Limits in Efficiency

1．7 Photovoltaic Market

Chapter 2 Review of Solar Cells and its Types

2．2 State-of-the-art Production Method of Compared Technologies

2．2．1 Silicon Based Solar Cells(C-Si Solar Cells)

2．2．2 In-organic and organic Solar Cens

2．2．3 Hetero-junction with Intrinsic Thin Layer Solar Cells

2．3 Geometrical，Compositional and Operational Data of the Compared Technologies

2．3．1 Mono-crystamne Solar Cells

2．3．2 Poly-crystalline Solar Cells

2．3．3 Amorphous Solar Cells

2．3．4 Inorganic Solar Cells(Based on the use of CdTe／CdS，CIS／CIGS and GaAs)CdTe／CdS Solar Cells

2．3．5 Organic Solar Cells and Dye Sensitized Solar Cells

Chapter 3 Down-shifting Materials for PV Applications

3．1 Luminescence

3．2 Lanthanide Ions

3．3 Energy Transfer

3．4 Concepts of Luminescent Down-shifting

3．4．1 Phosphors and Glasses

3．4．4 Organic Solar Cells

3．6 Rare-earth Organic Complexes

Chapter 4 Simulation and Experiments

4．1 Methodology

4．2 Simulation

4．2．3 Solar Cell Simulation(Trace-pro／AutoCAD)

4．2．4 Effect of YAG：Ce Particles on Reflection

4．3 Experimental Analysis

4．4 Results and Discussion

Chapter 5 Conclusion

5．1 Conclusion and Future Work

References

Acknowledgment

List of Figures

List of Abbreviations

Author Bibliography