硅薄膜太阳电池抗反射微纳结构研究

在硅薄膜太阳电池中,灵活的光学设计可以实现表层的零反射损耗,增大吸收层中光的透射率,从而提高薄膜太阳电池的光收集能力。在薄膜太阳电池吸收层表面设计了矩形介质光栅。利用严格耦合波理论和模态传输理论研究了光栅结构参数对反射率的影响。考虑到AM1.5 G太阳能光谱和a-Si的吸收光谱,光栅参数进一步优化。由于微加工的误差,使得矩形光栅变成梯形光栅,必然会影响硅薄膜太阳电池表面反射率。研究结果表明,长周期光栅同样可以实现低反射率,在工艺上也容易实现。采用梯形光栅可进一步降低表面反射率,并且在太阳光入射角为-40°~+40°的范围内保持在6%以下。     

薄膜太阳电池二元光栅结构

提出了采用二元光栅结构提高太阳能薄膜衍射效率的技术方法。利用对透射率函数的傅里叶变换计算出垂直入射时二元光栅的衍射光场分布。研究了不同阶次二元光栅在可见和近红外波段的衍射零级光强和总衍射效率随波长变化的规律。以硅基太阳能薄膜为例,分别计算了普通相位光栅和二阶、三阶二元光栅随波长零级光强的变化规律和衍射效率。结果表明,与普通相位光栅结构相比,二元光栅结构能够在较宽波段提高光衍射效率。     

超薄晶硅太阳电池的上表面陷光结构研究(Ⅰ)

基于太阳光谱的特点和晶硅材料吸收光谱的性质,首先分析了超薄晶硅太阳电池上表面的陷光要求,然后利用传递矩阵法(TMM)和频域有限差分(FDFD)法设计上表面增透膜结构和织构结构,最后利用FDFD法分析了SiO2/SiN4双层增透膜结构和三角条带式表面织构结构构成的组合结构的光吸收效果。研究结果表明,在超薄晶硅太阳电池的有效吸收光谱范围(波长范围200～1 200nm)内,双层增透膜比单层增透膜具有更小的反射损耗;一维光子晶体表面织构结构中,使用三角条带式一维光子晶体比矩形条带式一维光子晶体具有更小的反射损耗。借助于透膜结构和三角条带式织构结构的优化参数,设计出入射角θ45°、波长处于200～1 200nm范围内和反射率小于5%的上表面结构形式。     

薄膜太阳电池技术发展趋势浅析

低成本、高效率的薄膜太阳电池是未来光伏产业发展的重要方向之一。主要介绍了目前备受关注的薄膜太阳电池,包括硅基薄膜太阳电池、铜铟镓硒与铜锌锡硫薄膜太阳电池,及砷化镓薄膜太阳电池等,简述了它们的各自特点、研究现状、主要技术路线和产业化发展等情况。最后展望了薄膜太阳电池未来的发展趋势。     

薄膜太阳电池研究综述

薄膜太阳电池是最具发展潜力的新型能源之一,对缓解能源危机、保护人类生存环境提供了一种新的切实可行的方法。综述了目前国际上研究较多的几种薄膜太阳电池的最新进展,包括硅基薄膜(非晶硅、多晶硅)、多元化合物类(碲化镉、铜铟硒、铜铟镓硒、铜锌锡硫等)、有机薄膜太阳电池以及染料敏化太阳电池等。分析并总结了其在成本、转换效率等方面的优劣。为更有效地降低成本及提高电池效率,新技术、新结构的不断创新应该是未来薄膜太阳电池的发展趋势。     

CuxS背接触层制备及在碲化镉薄膜太阳电池中应用研究

本文采用化学水浴法沉积CuxS薄膜,通过改变Cu元素比例研究其对碲化镉电池效率的影响。研究表明化学水浴法沉积的CuxS是非晶的,采用适当退火条件可以使其晶化,随着退火温度的提高,薄膜变得致密且结晶明显。CuxS薄膜厚度对电池性能有很大的影响,结果表明,随着CuxS薄膜厚度增加,电池性能先增加后减少。薄膜厚度为75nm时,CdS/CdTe电池性能最佳,达到了最高转化效率(η)为12.19%,填充因子(FF)为68.82%,开路电压(Voc)为820mV。     

硅薄膜太阳电池的电致发光与Ⅰ-Ⅴ特性研究

研究了薄膜太阳电池电致发光特性,并运用AAA极太阳模拟器测试其I-V特性。采用高灵敏度光谱仪检测薄膜电池电致发光的光谱波长在860 nm之间,讨论其对 应禁带宽度为1.12 eV;运用制冷的CCD相机探测电致发光的EL 图像,分析不同的薄膜电池在相同偏 压80V下电致发光强度与其电性能的内在关系;研究不同偏压35 V\ 55 V\80 V下,电压、电流与薄膜电池的 EL发光强度正相关性;结果分析表明串联电阻太高对电压具有分压作用导致发光光谱强度 减弱,并联电阻 太低具有分流作用电致发光强度减弱,通过电致发光检测和电性能测试相结合可为硅薄膜电 池的工艺改进提供快速、准确的判断依据。     

未来的清洁能源——硅基薄膜太阳电池

本文综述了太阳电池的研究现状和发展趋势，对各种制备方法以及各类薄膜太阳电池分析了各自的优缺点。最后对太阳电池的未来应用进行了简单的预测。     

聚合物太阳电池光敏薄膜的物理化学性质研究

采用不同化学溶剂制备了聚合物太阳电池的光敏层薄膜,通过接触角测试和表面自由能参数计算,研究了化学溶剂与光敏薄膜物理化学性质之间的关系.实验结果显示,用四氢呋喃溶液制备的光敏薄膜具有较大的表面极性度和极性分量;化学溶剂通过影响聚合物链的聚集状态,进而在一定程度上影响光敏薄膜的性质.另外,分析讨论了化学溶剂对电极/光敏层界面形成及其太阳电池性能的影响.研究结果表明,成膜溶剂的合理选择对于优化聚合物太阳电池的性能是至关重要的.     

MOCVD制备的ZnO薄膜及其在太阳电池背电极应用

研究了利用LP-MOCVD技术制备的不同B掺杂浓度对ZnO薄膜的微观结构和光电特性影响.对XRD和SEM的研究结果表明,B掺杂对ZnO薄膜的微观结构有重大影响.通过优化工艺,当B2H6流量为17sccm(约1%掺杂浓度)时,在20cm×20cm大面积衬底上生长出厚度为700nm,方块电阻为38Ω/□,透过率大于85%,迁移率为17.8cm2/(V·s)的绒面结构ZnO薄膜.其应用于太阳电池背反射电池后,可使电池短路电流提高将近3mA,使20cm×20cm面积的a-Si集成电池效率高达9.09%.     

等离激元共振增强多晶硅薄膜太阳电池性能研究

采用磁控溅射方法,在多晶硅薄膜太阳电池表面沉积了不同粒径大小的Au纳米粒子,利用粒径大小可调控的Au纳米粒子的局域表面等离激元共振增强效应(LSPR),对入射光中的可见光区域实现“光俘获”;采用UV-vis吸收光谱对LSPR进行了研究,结果表明,LSPR能够有效拓展Au纳米粒子的光谱响应范围(400～800 nm),并且,随着Au纳米粒子粒径的增大,LSPR共振吸收峰呈现出明显“红移”;同时,通过SERS表征,证实LSPR能够有效增强Au纳米粒子周围的局域电磁场强度;最后,多晶硅太阳电池的J-V特性曲线表明,当Au纳米粒子溅射时间为50 s时,多晶硅太阳电池光电转换效率(η)最高为14.8％,比未修饰Au纳米粒子的电池η提高了42.3％.     

三维紧凑型半球凹坑阵列玻璃基在非晶硅薄膜电池中的应用

研究了一种紧密型半球凹坑阵列光子晶体玻璃基,并将其运用在非晶硅薄膜太阳电池结构.用FDTD方法对玻璃基进行了透射衍射场分布计算,用RCWA方法对基于此基底的非晶硅薄膜结构进行仿真优化,得到了0.6μm周期、最小基底厚度0.6μm的优化结构,与平板结构相比较0.3～0.8μm波段平均反射率降低了51.5％,平均吸收率增加了18.6％.薄膜电池结构随入射角度的增大,反射率峰值发生蓝移且明显降低,在50°～65°入射角范围内全波段具有约6％的平均反射率.     

光陷阱在晶硅太阳电池中的应用

为了提高太阳能电池的转换效率和降低成本，采用光陷阱是一种很有效的方法，如多孔硅可使入射光的反射率减小到5％左右。对实验室和国外几种实用性很强的光陷阱结构，如金字塔绒面、多孔硅、压花法、溶胶-凝胶等及其制作方法进行了综述。     

基于一维光栅吸收层的太阳能电池

将薄膜太阳能电池的氢化非晶硅吸收层雕刻成一维光栅结构,以此结构来增加氢化非晶硅吸收层对太阳光的捕获能力。利用严格耦合波方法,对电池吸收层吸收效率进行模拟计算,得到光栅结构吸收层在300～700 nm入射波长范围内,吸收效率明显高于平坦吸收层电池的效率,绝对效率最大可提高58.3％。其中吸收层厚度为0.16 μm的光栅电池结构在650～700 nm处有较高的吸收效率,此波段内平均吸收效率可达40％,比平坦结构结构平均吸收效率提高30％以上。最后利用时域有限差分法对吸收层电场分布进行模拟,与平坦结构吸收层的电场分布对比,可以直观的看出入射光在光栅吸收层的吸收增强效应。     

Nanoimprinted Grating‐Embedded Perovskite Solar Cells with Improved Light Management

Organic–inorganic halide perovskite solar cells are one of the most efficient photovoltaic devices, and their power conversion efficiency (PCE) continues to grow rapidly due to the optimization of device architecture and functional materials. The involved optical design has an important impact on performance by affecting the light harvesting capability. Here, demonstrated is a simple and effective strategy to boost device performance from the perspective of light management. A diffraction grating pattern into the TiO₂ scaffold and antireflection layer is simultaneously introduced to construct a double grating design for perovskite solar cells. The grating pattern obtained using a commercial compact disk as the hard mold can modulate light transport by enhancing the light transmittance and, thus, light absorption in perovskite solar cells. The grating pattern‐induced light trapping can significantly increase the short‐circuit current density and PCE by 4.8% and 7.9%, respectively, on average. The present work develops a feasible method by tailoring the morphology‐related optical property to further improve the performance of perovskite solar cells. The double grating design can also generate structural color and can provide an alternative solution for fabricating colorful solar cells.     

利用SiO2颗粒增强薄膜太阳能电池中硅膜对入射可见光的吸收

以正硅酸乙酯(TEOS：Tetraethoxysilane)、氨水、乙醇(EtOH：Ethyl Alcoh01)、去离子水为原料,采用溶胶-凝胶法,在普通玻璃衬底的上表面制备出一层最大粒径在400nm左右的SiO2颗粒,利用这层颗粒对可见光的散射作用,提高Si薄膜对入射可见光的吸收率。在相同的沉积条件下,分别在带有该层颗粒的玻璃和普通玻璃的E表面沉积了同样厚度的Si薄膜,制成两组样品。通过比较这两组样品在可见光波段的漫反射率和透射率以及Si薄膜样品的暗电导和定态光电导,证明该层颗粒增强了Si薄膜对入射可见光的吸收,有一定的实用前景。     

非晶硅薄膜太阳能电池特性研究

介绍了太阳能电池的工作原理,并给出了太阳能电池的物理模型。设计了室内测试非晶硅薄膜电池输出特性的实验,并对实验结果进行分析。搭建了小型独立光伏发电系统,给出系统的工程设计结构。实验结果表明,太阳能电池的转换效率与室内实验所测得的结果相吻合,证明该系统具有可靠性和高效性。     

有机薄膜太阳能电池的研究进展

近年来,由于硅系太阳能电池的高纯硅原料价格昂贵,将低成本的有机半导体材料用于太阳能电池的研究越来越引起学术界的高度重视.而且有机半导体材料具有轻质量、柔韧易加工性、可低成本大面积制备等突出优点,使之具有很强的竞争力.介绍了有机薄膜太阳能电池及材料的工作原理,综述几种重要有机半导体的真空沉积镀膜法以及电池结构的研究进展.