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基于亚波长结构阵列高效钙钛矿太阳能电池的性能研究

基于亚波长结构阵列高效钙钛矿太阳能电池的性能研究

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作者：喻腾腾燕山大学

学位级别：硕士

钙钛矿太阳能电池是一种新型电池,其具有光电转换效率高、制作工艺简单,生产成本和材料成本低等优点,如何进一步减少光学损失,提高电池的光电转换效率,已成为当前研究的热点。基于上述背景,本文使用有限元分析软件COMSOL Multiphysics... 详细信息

钙钛矿太阳能电池是一种新型电池,其具有光电转换效率高、制作工艺简单,生产成本和材料成本低等优点,如何进一步减少光学损失,提高电池的光电转换效率,已成为当前研究的热点。基于上述背景,本文使用有限元分析软件COMSOL Multiphysics软件的光学模块分析亚波长减反结构和金属纳米结构影响钙钛矿太阳能电池光电转换效率的性能,并且结合电场图以及有效折射率研究了亚波长结构阵列的增效机理,为今后亚波长结构阵列高效太阳能电池的制备奠定良好的基础。首先,介绍了钙钛矿太阳能电池的晶体结构和基本工作原理,梳理并分析亚波长结构阵列的国内外研究现状,进而确定本文的主要研究内容。其次,介绍了有限元分析法的基本原理和COMSOL Multiphysics软件波动光学模块的计算流程,为下一步模型的建立和计算奠定了基础。再次,基于COMSOL Multiphysics软件优化了钙钛矿太阳能电池各层厚度,将优化后的各层厚度组成平面结构,在平面结构基础上添加纳米锥、柱、倒锥、混合纳米锥、双锥纳米结构阵列作为减反结构,模拟仿真出亚波长结构对于钙钛矿电池吸收性能的影响,并讨论了陷光增效性能和机理。最后,基于COMSOL Multiphysics软件对处于钙钛矿层不同位置、不同形状金属纳米结构进行仿真优化,通过比较电池平均吸收率,分析金属纳米结构对钙钛矿太阳能电池性能影响。利用减反结构的陷光增效和金属纳米结构的等离激元共振效应优势,构建基于钙钛矿电池的复合结构,分析了复合结构对钙钛矿太阳能电池性能的影响。

关键词：钙钛矿太阳能电池亚波长结构阵列陷光增效等离激元共振效应

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