基于倾斜和复合微纳陷光结构的薄膜太阳能电池性能研究

摘要

随着全球性能源危机的加剧，太阳能以清洁、可持续、永不枯竭等优点在新能源中崭露头角。太阳能电池日益流行，但高成本、低效率仍是亟待解决的问题。微纳结构是太阳能电池领域陷光增效的常用手段。基于上述背景，本文利用有限元软件Comsol Multiphysics系统研究了倾斜硅纳米线阵列、垂直硅纳米线阵列、硅纳米锥阵列、铝纳米半球阵列以及它们的复合结构的陷光性能以及微纳结构对电池转换效率的影响，为今后用于光伏电池增效的微纳结构的制备和应用奠定了良好的基础。　　首先，介绍了硅薄膜太阳能电池的研究背景，进而讲述了微纳结构陷光增效技术及其研究现状，最后阐述了本论文的研究目的和意义。　　其次，介绍了有限元算法，进而介绍了基于有限元的大型多物理场耦合软件Comsol Multiphysics，并简单介绍其建模方法与步骤，为接下来的电池模型计算提供了理论指导。　　再次，利用Comsol Multiphysics在硅薄膜太阳能电池上表面构建了倾斜硅纳米线阵列结构。研究了倾斜纳米线阵列结构的倾斜角、周期、直径等参数对电池吸收率、转换效率的影响，得到最佳的倾斜角度范围。并与垂直纳米线比较陷光性能，结合倾斜纳米线的低对称性和特殊几何结构分析其陷光增效原理。　　最后，通过Comsol Multiphysics构建了3种不同复合结构的硅薄膜太阳能电池。上表面分别为硅纳米锥阵列、垂直硅纳米线阵列、倾斜硅纳米线阵列，下表面均为铝纳米半球阵列。通过优化阵列结构的周期、直径、材料等参数，研究了这些变量对电池吸收率、反射率、短路电流密度等重要性能指标的影响，并获得了最优结构参数。进而分析了复合阵列结构影响光吸收的机理。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 太阳能电池的发展概况

1.3 微纳结构陷光增效技术及研究现状

1.4 本论文的研究目的及意义

1.5 本论文的主要研究内容

第2章 基于有限元的Comsol Multiphysics

2.1 引言

2.2 有限元分析

2.3 Comsol Multiphysics的波动光学模块

2.4 本章小结

第3章 倾斜硅纳米线阵列对太阳能电池性能影响的研究

3.1 引言

3.2 倾斜硅纳米线阵列结构太阳能电池

3.3 倾斜角对硅纳米线陷光性能的影响

3.4 周期和直径对倾斜硅纳米线陷光性能的影响

3.5 本章小结

第4章 复合结构对太阳能电池性能影响的研究

4.1 引言

4.2 硅纳米锥阵列和铝纳米半球阵列复合结构太阳能电池

4.3 电池上表面硅纳米锥结构陷光性能研究

4.4 电池下表面铝纳米半球阵列结构陷光性能研究

4.5 硅纳米锥和铝纳米半球复合阵列结构陷光性能研究

4.6 倾斜、垂直硅纳米线和铝纳米半球复合结构陷光性能研究

4.7 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢