上转换下转换聚光太阳电池及系统的初步研究

摘要

太阳能光伏发电是指通过以太阳电池为核心的光伏系统，把太阳光转换为电能的一种技术。目前的太阳电池片有很多不足，其中很重要的一方面就是太阳电池片不能充分利用短波长紫外光和长波长红外光。这不仅是对光能的浪费，而且还会对太阳电池的性能产生负面影响。所以本文中考虑将上转换和下转换发光引入到太阳电池中，这样不仅消除了短波长紫外光和长波长红外光对太阳电池的负面影响，而且增加了太阳电池可利用的光的强度，从而可以提高太阳电池的性能。对于上转换和下转换发光材料而言，特定波长的激发光必须要达到一定的强度阈值，这在通常的太阳光照下无法达到。为了将其使用到太阳电池中去，本文考虑利用聚光的方法，并设计了上转换下转换聚光太阳电池及系统。 本文对上转换下转换聚光太阳电池及系统主要做了两方面的研究工作。一方面是针对聚光光伏系统中的聚光镜部分进行了分析研究，指出了目前聚光镜设计的不足，并通过光学设计软件的建模、模拟与比较，得到了性能最为优化的新型聚光镜。与目前的聚光镜相比，新型聚光镜汇聚的光强更强，对于非直射散射光的收集更为出色，并且提高了接收角，在性能上有多方面的改进；另一方面是针对上转换材料的制备与特性进行了研究。采用溶胶-凝胶法合成了一种新型的共掺Er3+-Yb3+离子纳米氟氧化物玻璃陶瓷材料，对其形貌、吸收光谱和发光光谱等特性进行了表征和研究。这种新合成的上转换发光材料，在980nm红外光激发下，能有效实现在红光（667 nm）和绿光（556 nm），以及波峰分别位于413 nm、454 nm、和490 nm的上转换发光。

目录

文摘

英文文摘

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致谢

序

第一章 引言

第一节 概述

第二节 太阳电池基本原理

1.2.1 P-N结

1.2.2 能带结构

1.2.3 载流子的产生与复合

1.2.4 太阳电池的特性参数

第三节 太阳电池的分类

1.3.1 晶体硅太阳电池

1.3.2 微/非晶硅薄膜太阳电池

1.3.3 铜铟镓硒(CIGS)太阳电池

1.3.4 砷化镓太阳电池

1.3.5 染料敏化太阳电池

1.3.6 有机太阳电池

第四节 目前太阳电池的不足

第五节 上转换与下转换发光

1.5.1 上转换与下转换发光概述

1.5.2 上转换与下转换发光的激发阈值

第六节 聚光光伏系统概述

1.6.1 聚光光伏系统研究进展

1.6.2 聚光光伏系统的优点与不足

第七节 本论文的构思及主要工作

第二章 上转换下转换聚光光伏系统的原理

第一节 聚光光伏系统的组成

2.1.1 聚光镜

2.1.2 太阳电池片

2.1.3 散热器

2.1.4 对日跟踪系统

第二节 聚光光伏系统评估标准(IEC62108)

2.2.1 IEC62108 试验标准顺序

2.2.2 IEC62108 聚光太阳能试验项目

第三节 上转换下转换微/非晶硅太阳电池

2.3.1 目前聚光太阳电池片的不足

2.3.2 微/非晶硅薄膜太阳电池的性能

2.3.3 上转换与下转换发光

2.3.4 上转换下转换微/非晶硅太阳电池结构

第三章 新型聚光镜的设计与模拟

第一节 目前的聚光镜存在的问题

第二节 优化方案设计

第三节 LightTools(R)软件建模、模拟以及分析

第四节 小节

第四章 上转换材料的制备和特性研究

第一节 材料制备过程

第二节 物相及形貌表征

第三节 吸收光谱

第四节 上转换发光光谱

第五节 小节

结论

参考文献

作者简历