基于表面微纳结构的单晶硅太阳能电池减反增效性能研究

作     者：乔惠玲 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐朝鹏

授予年度：2015年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：太阳能电池 微纳结构 单晶硅 光电转换效率 

摘      要：太阳能因其资源分布广、永不枯竭,又具有无污染、维护简单等优点而备受人们的青睐,有希望成为新一代的主要能源。在目前的商用太阳能电池中,大部分为硅太阳能电池。然而,单晶硅成本较高、转换效率较低等问题使得太阳能电池的发展受到了限制。微纳结构阵列具有独特的光学特性,能够有效地引导光的传输,并且易于制作,从而为新一代太阳能电池提供了新的研究思路。基于上述背景,本文主要利用基于有限元原理的Comsol Multiphysics仿真软件和Matlab编程软件计算并深入研究了不同微纳结构阵列对于太阳能电池陷光增效的影响。首先,采用Comsol Multiphysics仿真软件以单晶硅为衬底,在硅表面设计并构建了硅圆柱、圆锥以及倒圆锥形纳米阵列,对其反射率、吸收率进行计算,并与相同厚度的裸硅作比较。同时,基于有效介质折射率理论分析了各种纳米结构影响光吸收的机理。其次,以圆锥形纳米阵列为基准模型,构建并研究了尖顶、圆顶以及半椭球形纳米阵列的反射率、吸收率,并对其光吸收的机理进行分析。最后,基于计算得到的吸收率曲线,利用Matlab软件编程计算并分析了相同大小的圆柱、圆锥以及倒圆锥形纳米阵列的光电转换效率,并与相同厚度的单晶硅作比较。另外,计算了尖顶、圆顶以及半椭球形纳米阵列的电流密度与光电转换效率,并分析了纳米线半径变化对光电转换效率的影响。