新型硅基薄膜太阳能电池器件的设计与模拟论文

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1、新型硅基薄膜太阳能电池器件的设计与模拟毕业论文目录绪论11光伏太阳能电池的原理21.1光电池的电流电压特性21.2描述太阳能电池的参数31.3影响太阳电池转换效率的因素42模拟软件AMPS-1D的介绍63单晶硅太阳能电池的设计与模拟83.1单晶硅太阳能电池的研究概况及单晶硅性质83.2设计与模拟结果93.2.1单晶硅的性能参数93.2.2单结型改变厚度93.2.3单结型改变掺杂浓度123.2.4改变结构133.3结论144多晶硅太阳能电池的设计与模拟154.1多晶硅太阳能电池的研究概况及多晶硅性质154.

2、2设计与模拟结果154.2.1多晶硅的性能参数154.2.2单结型改变厚度164.2.3改变掺杂浓度194.2.4改变结构204.3结论215非晶硅太阳能电池的设计与模拟215.1非晶硅太阳能电池的研究概况及非晶硅性质215.2设计与模拟结果235.2.1非晶硅的性能参数235.2.2p-i-n型设计与模拟235.2.3改变结构295.3结论30总结31参考文献323434绪论自从1983年法国人贝克勒尔发现“光生伏特效应”以来，历经100多年的发展，太阳能电池技术已经发展成为了一个相当庞大的学科，同时伴

3、随着产生了一个相当庞大的产业链。从产生技术的成熟度来区分，太阳能电池可以分成：n第一代太阳能电池：晶体硅太阳能电池n第二代太阳能电池：各种薄膜太阳能电池，包括：非晶硅薄膜太阳能电池（a-Si）、碲化铬太阳电池（CdTe）、铜铟镓硒太阳电池（CIGS）、砷化镓太阳电池、纳米二氧化钛染料敏化太阳能电池。n第三代太阳电池：各种叠层太阳能电池、热光伏电池（TPV）、量子阱及量子点的超晶格太阳电池、中间带太阳电池、上转换太阳电池、下转化太阳电池、热载流子太阳电池、碰撞离化太阳电池等新概念太阳电池。其中，第一代太阳电

4、池已经进入大规模产业化阶段，有部分种类已经实现量产，但是技术成熟程度还有待提高。第三代太阳电池是向着超高效率的方向努力，具备真正突破现有技术瓶颈的概念，但是目前这种电池还只是停留在概念及理论设计阶段，甚至没有成型的产品问世。太阳电池从所使用的材料来区分，又可区分为：硅基太阳电池：以硅材料为基本材质，其中包括：单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池、非晶硅薄膜太阳电池、纳米硅薄膜太阳电池、微晶硅薄膜太阳电池、非晶硅/晶体硅异质结太阳电池。Ⅱ-Ⅵ族材料太阳电池：CdTe太阳电池、CIGS太阳电池。Ⅲ-Ⅴ族太阳电池：G

5、aAs系列多结太阳电池、热光伏太阳电池。染料敏化太阳电池：主要利用染料对于太阳电池光谱吸收的可变性，与二氧化钛材料组装在一起，制备成可供多种吸收波段的太阳电池器件。有机材料电池：正在开发使用有机材料制备出类似叶绿素的太阳电池。如果从来料方面来评价太阳电池在未来的地位，人们有理由认为，只有硅基材料的太阳能电池在未来最有可持续性。因为硅在地球上的丰度为26%，仅次于氧属于世界上第二丰富的材料，相比之下其他电池相关材料的丰度都有限，难以在太阳电池产业中形成支配性的地位。因此，在未来世界太阳电池的主流产品仍旧为硅

6、基太阳电池。目前，由于使用了氮化硅反射膜技术，使得单晶硅太阳电池的效率达到16.5%。而多晶硅电池使用了表面织构化技术、氮化硅减反射膜和表面钝化技术，其效率达到14.5%-15%。由于硅基太阳电池和半导体行业的发展使得高纯硅材料的供应空前紧张，因此，主流太阳电池的产业化技术进展主要是进行硅片的超薄化，晶体太阳电池的厚度已经降到了200-230um，在近几年内还将继续下降到180um。如此薄的硅片为太阳电池的制备增加了难度，指的制备技术有很大的改进，包括新型水平清洗技术、链式扩散技术、硼背场技术、激光去边技

7、术等等。而且，也要求整条生产线具有更高的自动化水平，出现全自动的生产线，以降低破损率。34太阳电池实验室技术也有了很大的进展。澳大利亚华裔科学家赵建华保持了单晶硅太阳能电池的最高纪录：24.7%。在这种太阳能电池技术中使用了倒金字塔结合双层减反射膜以降低表面的反射；采用了硼背场结合背表面钝化技术减少背表面的复合效应；采用了前后电极的选择性扩散以减少以减少欧姆接触。经过这些技术的改进才到达这样高的效率，这种效率已经非常接近晶体硅太阳电池的理论效率。美国的Sunpower公司制备了一种将P型电极和N型电极全部

8、做在背面的太阳能电池，大大提高了太阳电池的效率，使得产业化太阳电池的效率提高到20%以上。日本的三洋公司用非晶硅的PECVD技术与晶体硅衬底相结合的太阳电池技术，制备出了HIT太阳电池，其效率达到21%以上，大面积产业化效率达到19.3%。这种电池可以双面受光，制造成本较低。本文主要用AMPS-1D（AOne-DimensionalDeviceSimulationProgramfortheAnalysisofMicroelec