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微纳电子技术 2020年第1期57卷 22-28页

作者：彭海烽许志龙洪永强杨星李煌集美大学机械与能源工程学院福建厦门361021 厦门大学能源学院福建厦门361102

针对晶体硅表面织构化抵消部分减反射增益的问题,在光面晶体硅电池表面复合三棱锥陷光织构膜来降低其反射损失,同时保留其光生伏特效应较高的优点。分析陷光膜的陷光机理,并通过光线追迹优化陷光膜表面三棱锥结构的几何参数。运用光学... 详细信息

针对晶体硅表面织构化抵消部分减反射增益的问题,在光面晶体硅电池表面复合三棱锥陷光织构膜来降低其反射损失,同时保留其光生伏特效应较高的优点。分析陷光膜的陷光机理,并通过光线追迹优化陷光膜表面三棱锥结构的几何参数。运用光学仿真与实验对比分析全波长内光面晶体硅电池、绒面晶体硅电池和复合陷光织构膜的光面晶体硅电池光学特性差异,采用加权计算方法定量评价3种晶体硅电池在全波长内的反射损失。实验分析表明,陷光膜可显著降低光面晶体硅电池反射损失,最终复合电池实测加权反射率为6.57%,比光面晶体硅电池和绒面晶体硅电池的加权反射率分别降低8.57%和1.65%;复合电池的光电转换效率达20.34%,比光面晶体硅电池和绒面晶体硅电池分别提高2.33%和1.18%。

关键词：反射损失转换效率陷光织构膜光线追迹复合电池

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复合光功能织构膜晶体硅电池光学特性研究

复合光功能织构膜晶体硅电池光学特性研究

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作者：彭海烽集美大学

学位级别：硕士

目前晶体硅电池约占全球光伏总产量的90%,在实际应用中晶体硅电池的光电转换率有待进一步提高。提高晶体硅电池光电转换效率的关键在于如何减少电池表面反射损失和增强光生伏特效应。目前主要通过在晶体硅电池表面制备光功能织构或复合... 详细信息

目前晶体硅电池约占全球光伏总产量的90%,在实际应用中晶体硅电池的光电转换率有待进一步提高。提高晶体硅电池光电转换效率的关键在于如何减少电池表面反射损失和增强光生伏特效应。目前主要通过在晶体硅电池表面制备光功能织构或复合光功能织构膜这两种基本途径来提高晶体硅电池的吸光率。在晶体硅电池表面直接制备光功能织构能有效降低其表面反射损失,同时也会增加晶体硅表面缺陷密度,削弱其光生伏特效应;且晶体硅电池表面栅线电极会带来遮光损失,限制其吸光率的提高。在表面缺陷较少的光面晶体硅电池表面复合光功能织构膜可有效提高其吸光率,本文提出将表面带有微米尺度棱锥阵列的陷光织构膜与光生伏特效应较高的光面晶体硅电池复合,从而提高光面晶体硅电池整体光电转换效率。本文主要从以下几个方面展开研究:(1)综合分析晶体硅电池现有光功能织构制备方法对其光电特性的不良影响,提出在光面晶体硅电池表面复合带有微米织构的陷光膜构成一种新型的复合结构电池。基于几何光学理论分析表面带有棱锥阵列的陷光织构膜内外表面光线传播过程及其陷光机理,并探究绒面晶体硅电池与复合结构电池的减反特性差异及优缺点。(2)建立陷光单元外表面反射损失与内表面折射损失的数学计算模型,分析陷光织构膜表面陷光单元几何参数对其光学特性的影响。并运用光线追迹计算优化复合结构表面陷光单元几何参数,评估陷光膜内表面逆反射功能对晶体硅电池表面栅线电极遮光损失的抑制效果,得到理论上具有最佳减反射效果的复合结构电池模型。理论分析减反射钝化膜、陷光膜本身物理折射率、光线投射角度对复合结构电池光学特性的影响,提出新的复合电池组件结构并探究其光学特性。(3)根据聚合物的材料特性与追迹计算优化结果制备陷光膜,并测试陷光膜表面单个棱锥体侧面的表面质量,运用化学刻蚀的方法制备光面与绒面晶体硅电池。探究和设计了聚合物陷光膜与光面晶体硅电池的复合工艺。为直观准确评估可见光波长内不同电池反射损失大小,结合晶体硅材料吸收特性和可见光谱内能量分布特点,提出一种全波长内的加权反射率计算方法。最终对光面晶体硅电池、绒面晶体硅电池和复合电池的光电特性进行对比分析,综合评价了复合结构电池的光电特性。研究结果表明:大部分入射光线会在陷光织构膜表面发生多次折射后进入膜内,复合陷光织构膜可显著降低光面晶体硅电池的反射损失;根据追迹计算得到复合结构电池表面陷光单元最佳几何参数为谷底夹角β=67°;实验制备的复合结构电池实测加权反射率为6.57%,比光面晶体硅电池和绒面晶体硅电池的加权反射率分别降低8.57%和1.65%;复合电池的光电转换效率达20.34%,比光面晶体硅电池和绒面晶体硅电池分别提高2.33%和1.18%。研究结果表明陷光织构膜可有效提高光面电池的光电转换效率,可为复合结构太阳能电池的实用化研究与应用提供理论依据。

关键词：光功能织构反射损失光线追迹陷光织构膜复合结构电池转换效率

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