高效多结锑化物热光伏电池的研究

摘要

随着新能源的迅速开发，对设计出效率高、重量轻的热光伏电池的要求变得非常迫切。作为最有发展前景的第三代电池：叠层热光伏电池[1][2][3]，在高聚倍光下具有很高的效率、运行时所产生的噪声很小几乎可以忽略不计、由于无机械结构组成能够轻便的携带、组成热光伏系统的构造也很简单这对维修起来也比较方便、并且叠层电池在单位体积上发电功率比单结的要高等诸多优点[4]。为我们探讨多结热光伏电池打下了根基。随着对叠层热光伏电池的不断开发，我们发现阻碍叠层热光伏电池发展的主要原因有两个：一是材料的选择问题；二是多结热光伏电池失配的问题。针对这两个问题，本文通过用细致平衡理论解决了第一个选材问题，再结合串联电路原理以及模拟软件Silvaco TCAD解决了第二个问题。本文的主要研究内容如下：　　1．本文利用细致平衡理论模拟出理论上一个双结热光伏电池的理论效率，再结合已有的晶格常数与禁带宽度关系图，利用已有的知识设计了一个双结GaSb/Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86热光伏电池，理论上该电池的效率为30%。采用Silvaco/Atlas软件进行实验仿真，模拟中选择的光谱为温度为2000K的黑体辐射，电池的默认温度为300K，得到了一个实际模拟的转换效率为26.66%。　　2．系统的模拟了单结GaSb热光伏电池、单结Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86热光伏电池、双结GaSb/Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86热光伏电池。仿真中主要通过改变材料的厚度和浓度来优化器件的结构，从得出的数据中分析材料参数的变化对电池各项性能参数的影响，从而得了出一个最优的器件结构。　　3．在模拟双结热光伏电池的电流匹配时，主要采用的方法是串联电路的原理，分别从各个子电池中引出电极，来测量顶底电池的量子效率。通过优化各个子电池的厚度和浓度来得出各个子电池的电流值。最后通过对模拟的结果分析与讨论，得出一个最优的双结GaSb/Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86热光伏电池结构，电池的各项性能参数如下：转换效率为26.6627%，开路电压为1.00166V，填充因子为0.778278，短路电流为31.2122mA/cm2。

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 热光伏电池的种类

1.3 单结热光伏电池的发展

1.4 多结热光伏电池的发展

1.5 论文主要研究工作

2.1 单结热光伏电池的基本原理

2.2 双结热光伏电池的基本原理

2.3 影响双结热光伏电池的因素

3.1 细致平衡理论的提出

3.2 双结热光伏电池的效率计算

4.1 SilvacoTCAD软件介绍

4.2 单结GaSb热光伏电池的仿真

4.3 单结Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86热光伏电池的仿真

4.4 双结GaSb/Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86热光伏电池的仿真

4.5 结论

5 总结与展望

致谢

参考文献