高转换效率太阳能电池仿真设计

论文摘要

随着各国对环境保护的力度加大,再生清洁能源的市场需求巨大,发展太阳能利用技术前景广阔。太阳能利用领域众多,目前主要通过太阳能电池片把太阳能转换为电能加以利用。太阳能电池是利用太阳辐射能切实可行的方法之一,目前能够获得较高的光电转换效率,成本也得到了一定程度的降低,由最初仅应用在航天科技等军工领域扩展到民用方面,以满足日常应用需求。但也应该看到,由于太阳能利用技术目前还不是十分的完善,太阳能的转换利用效率相对常规能源较低,因此,有效提高作为太阳能利用载体的太阳能电池的光电转换效率成为了一个日益迫切的问题。本文对太阳能电池的开发与利用进行了简要的阐述,分析了太阳能电池发电的优点和前景,就提高太阳能电池转换效率的方法进行了探讨,提出了论文的研究目标,分析了其实现方法。对寄生电阻、扩散长度和表面复合速率等影响太阳能电池转换效率的主要因素进行了深入分析。介绍了太阳能电池仿真软件AMPS和PC-ID,选取PC-ID软件并对其特性和参数设置做了简要介绍,分析了利用该软件进行太阳能电池效率分析的具体方法。针对各因素对太阳能电池转换效率的影响,在掌握PC-ID使用方法的基础上,就太阳能电池转换效率的影响因素进行了具体的仿真分析,验证了各因素对太阳能电池转换效率的影响规律。通过仿真优化设计,得出了较高转换效率的多晶硅薄膜太阳能电池仿真参数,该方案实现了0.7818填充因子、15.82%光电转换效率的太阳能电池仿真设计,完成了0.75填充因子、15%光电转换效率的预期目标。根据仿真所得电池参数,设计了一款SSP衬底多晶硅薄膜太阳能电池,探讨了工艺过程和条件。该电池工艺首先使用区熔再结晶的方法制备较好结晶质量和表面平整度的SSP衬底,然后通过光刻穿透衬底表面SiO2层（磷扩散层）后使用PECVD工艺烧结铝浆穿透该层,形成背电场,再使用快速热化学气相沉积工艺进行多晶硅薄膜的沉积,采用低成本的酸腐蚀法工艺进行电池表面制绒处理并采用等离子气相沉积法制备SiNx材质减反膜。最后分层蒸镀、烧结制备电极,去边处理后完成电池片的制备。通过工艺条件的控制得到与设计结构相符的电池片。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 太阳能概述
• 1.2 太阳能电池的优点
• 1.3 太阳能电池应用前景
• 1.4 太阳能电池材料
• 1.5 太阳能电池研究现状及其效率的提高
• 1.6 太阳能电池电学模型
• 1.6.1 太阳能电池工作原理
• 1.6.2 太阳能电池主要技术参数
• 1.6.3 光照下太阳能电池等效电路
• 1.7 研究目标
• 1.8 本文结构和特点
• 第2章 多晶硅太阳能电池效率影响因素
• 2.1 寄生电阻
• 2.2 扩散长度
• 2.3 表面复合速率
• 2.3.1 表面复合成因
• 2.3.2 表面复合的影响
• 2.4 本章小结
• 第3章 太阳能电池仿真分析方法
• 3.1 太阳能电池仿真软件简介
• 3.1.1 AMPS-1D
• 3.1.2 PC-1D
• 3.2 仿真软件的选取
• 3.3 太阳能电池的PC-1D参数界面
• 3.4 使用PC-1D优化太阳能电池设计
• 3.4.1 器件参数设置思路
• 3.4.2 输入激励设置
• 3.5 仿真数据处理过程
• 3.6 本章小结
• 第4章 PC-1D仿真分析
• 4.1 影响因素的仿真分析
• 4.1.1 寄生电阻的影响
• 4.1.2 扩散长度的影响
• 4.1.3 复合速率的影响
• 4.2 仿真结论
• 4.3 本章小结
• 第5章 多晶硅薄膜电池设计
• 5.1 薄膜电池参数
• 5.2 多晶硅薄膜电池制备
• 5.2.1 SSP衬底的制备
• 5.2.2 PN结的制备及制绒减反处理
• 5.2.3 背电极的蒸镀和烧结
• 5.2.4 正电极蒸镀及Forming Gas烧结
• 5.3 本章小结
• 第6章 全文总结
• 6.1 本文主要工作
• 6.2 结论及展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文
• 附录A:仿真图