太阳能电池毕业设计.docx

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太阳能电池毕业设计

太阳能电池毕业设计

【篇一：

太阳能电池模拟毕业论文】

湖北大学

本科毕业论文（设计）

题目新型硅基薄膜太阳能电池器件的设计与模拟

姓名彭真学号2006221105220021

专业年级06电科

指导教师高云职称教授

2010年5月5日

绪论...................................................................1

1光伏太阳能电池的原理...................................................2

1.1光电池的电流电压特性.............................................2

1.2描述太阳能电池的参数.............................................3

1.3影响太阳电池转换效率的因素.......................................4

2模拟软件amps-1d的介绍.................................................6

3单晶硅太阳能电池的设计与模拟...........................................8

3.1单晶硅太阳能电池的研究概况及单晶硅性质...........................8

3.2设计与模拟结果...................................................9

3.2.1单晶硅的性能参数............................................9

3.2.2单结型改变厚度..............................................9

3.2.3单结型改变掺杂浓度.........................................12

3.2.4改变结构...................................................13

3.3结论............................................................14

4多晶硅太阳能电池的设计与模拟..........................................15

4.1多晶硅太阳能电池的研究概况及多晶硅性质..........................15

4.2设计与模拟结果..................................................15

4.2.1多晶硅的性能参数...........................................15

4.2.2单结型改变厚度.............................................16

4.2.3改变掺杂浓度...............................................18

4.2.4改变结构...................................................20

4.3结论............................................................21

5非晶硅太阳能电池的设计与模拟..........................................21

5.1非晶硅太阳能电池的研究概况及非晶硅性质..........................21

5.2设计与模拟结果..................................................23

5.2.1非晶硅的性能参数...........................................23

5.2.2p-i-n型设计与模拟.........................................23

5.2.3改变结构...................................................29

5.3结论............................................................30

总结.....................................................................31

参考文献.................................................................32

新型硅基薄膜太阳能电池器件的设计与模拟

摘要

本论文首先介绍了太阳能电池的光伏原理及其发展概况，并采用amps-1d软件模拟分析了单晶硅、多晶硅、和非晶硅太阳能电池的光伏特性与器件结构的关系。

通过采取pn结和pin结两种基本结构，改变各层厚度和掺杂浓度，研究厚度和掺杂对太阳能电池转化效率、填充因子、短路电流以及开路电压的影响。

通过优化提出最佳电池结构设计。

【关键词】硅基太阳能电池模拟amps-1d

themodellingandsimulationofnew-type

silicon-basedsolarcell

abstract

thisthesisbrieflyintroducedthebasicpvmechanismandthedevelopmentinpvcell.amps-1dsoftwarewasutilizedtosimulatethephotovoltaicpropertyofvariousdevicestructuresforsinglecrystalsi,poly-siandamorphoussisolarcell.alltheparametersusedinthesimulationswereobtainedfromthereportedexperimentaldata.thebasisstructureswerepnandpindiodes.byvaringthethicknessandthedopingconcentrationofvariouslayers,thephotoelectricconversationefficiency,fillfactor,shortcircuitcurrentandopencircuitvoltagewerestudied.thebestconversationefficiencieswereobtainedbyoptimizingthedevicestructures.

【keywords】silicon-basedsolarcell,modelling,amps-1dsimulation

绪论

自从1983年法国人贝克勒尔发现“光生伏特效应”以来，历经100多年的发展，太阳能电池技术已经发展成为了一个相当庞大的学科，同时伴随着产生了一个相当庞大的产业链。

从产生技术的成熟度来区分，太阳能电池可以分成：

?

第一代太阳能电池：

晶体硅太阳能电池

?

第二代太阳能电池：

各种薄膜太阳能电池，包括：

非晶硅薄膜太阳能电池（a-si）、碲

化铬太阳电池（cdte）、铜铟镓硒太阳电池（cigs）、砷化镓太阳电池、纳米二氧化钛

染料敏化太阳能电池。

?

第三代太阳电池：

各种叠层太阳能电池、热光伏电池（tpv）、量子阱及量子点的超晶

格太阳电池、中间带太阳电池、上转换太阳电池、下转化太阳电池、热载流子太阳电

池、碰撞离化太阳电池等新概念太阳电池。

其中，第一代太阳电池已经进入大规模产业化阶段，有部分种类已经实现量产，但是技术成熟程度还有待提高。

第三代太阳电池是向着超高效率的方向努力，具备真正突破现有技术瓶颈的概念，但是目前这种电池还只是停留在概念及理论设计阶段，甚至没有成型的产品问世。

太阳电池从所使用的材料来区分，又可区分为：

硅基太阳电池：

以硅材料为基本材质，其中包括：

单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池、非晶硅薄膜太阳电池、纳米硅薄膜太阳电池、微晶硅薄膜太阳电池、非晶硅/晶体硅异质结太阳电池。

Ⅱ-Ⅵ族材料太阳电池：

cdte太阳电池、cigs太阳电池。

Ⅲ-Ⅴ族太阳电池：

gaas系列多结太阳电池、热光伏太阳电池。

染料敏化太阳电池：

主要利用染料对于太阳电池光谱吸收的可变性，与二氧化钛材料组装在一起，制备成可供多种吸收波段的太阳电池器件。

有机材料电池：

正在开发使用有机材料制备出类似叶绿素的太阳电池。

如果从来料方面来评价太阳电池在未来的地位，人们有理由认为，只有硅基材料的太阳能电池在未来最有可持续性。

因为硅在地球上的丰度为26%，仅次于氧属于世界上第二丰富的材料，相比之下其他电池相关材料的丰度都有限，难以在太阳电池产业中形成支配性的地位。

因此，在未来世界太阳电池的主流产品仍旧为硅基太阳电池。

目前，由于使用了氮化硅反射膜技术，使得单晶硅太阳电池的效率达到16.5%。

而多晶硅电池使用了表面织构化技术、氮化硅减反射膜和表面钝化技术，其效率达到14.5%-15%。

由于硅基太阳电池和半导体行业的发展使得高纯硅材料的供应空前紧张，因此，主流太阳电池的产业化技术进展主要是进行硅片的超薄化，晶体太阳电池的厚度已经降到了200-230um，在近几年内还将继续下降到180um。

如此薄的硅片为太阳电池的制备增加了难度，指的制备技术有很大的改进，包括新型水平清洗技术、链式扩散技术、硼背场技术、激光去边技术等等。

而且，也要求整条生产线具有更高的自动化水平，出现全自动的生产线，以降低破损率。

太阳电池实验室技术也有了很大的进展。

澳大利亚华裔科学家赵建华保持了单晶硅太阳能电池的最高纪录：

24.7%。

在这种太阳能电池技术中使用了倒金字塔结合双层减反射膜以降低表面的反射；采用了硼背场结合背表面钝化技术减少背表面的复合效应；采用了前后电极的选择性扩散以减少以减少欧姆接触。

经过这些技术的改进才到达这样高的效率，这种效率已经非常接近晶体硅太阳电池的理论效率。

美国的sunpower公司制备了一种将p型电极和n型电极全部做在背面的太阳能电池，大大提高了太阳电池的效率，使得产业化太阳电池的效率提高到20%以上。

日本的三洋公司用非晶硅的pecvd技术与晶体硅衬底相结合的太阳电池技术，制备出了hit太阳电池，其效率达到21%以上，大面积产业化效率达到19.3%。

这种电池可以双面受光，制造成本较低。

本文主要用amps-1d（aone-dimensionaldevicesimulationprogramfortheanalysisof

【篇二：

有机太阳能电池封装技术毕业设计】

1有机太阳能电池概述

1.1研究背景

随着化石能源的日益枯竭,可再生能源的寻求已经迫在眉睫，太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的绿色能源受到了人们的关注。

据统计，地球表面接受的太阳能辐射达到全球需求能源的一万倍，地球每平方米平均每年受到的辐射可发电289kw.h，在全球4%的沙漠上装太阳光伏系统，就足以满足全球能源需求。

因此光伏发电具有广阔的发展空间。

目前占光伏市场主导地位的是单晶硅和多晶硅太阳能电池。

但是,昂贵的成本是限制无机太阳能电池进一步发展的重要因素。

并且，中国多晶硅价格从去年最高的超过300万元/吨，下降至目前大约120万元/吨。

薄膜太阳能电池等由于成本低,市场份额迅速扩大，这不仅对传统晶硅电池价格形成压制，同时在一定程度上降低了太阳能发电成本。

从20世纪70年代开始人们就越来越关注有机太阳能的研制。

在导电聚合物上的研发利用取得很大的进步，有机半导体成为硅半导体的替代品指日可待。

机导电聚合物有其独特的优势：

有机分子可以经过加工，不需要得到晶体状无机半导体。

特别是聚合物半导体的优越性是与廉价的加工技术联系在一起。

大量的研究表明，导电聚合物是集各种性能于一身的半导体材料。

导电聚合物又称导电高分子,是通过参杂手段,能使得电导率在半导体和导体范围内的聚合物.自1970年代第一种导电聚合物—聚乙炔发现以来,一系列星星导电聚合物相继问世.常见的导电聚合物有聚乙炔,聚噻吩,聚吡咯,聚苯胺,聚苯撑,聚苯撑乙烯,和聚双炔等.有机薄膜聚合物的快速发展，为有机薄膜太阳能电池的发展，提供有力的支持。

机薄膜太阳能电池也是一种薄膜器件，现在的各种成熟的薄膜制造技术为有机薄膜太阳能电池的发展提供技术保障。

有机聚合物太阳能电池具有可重复利

用，质量轻，柔性强，对环境无污染，低成本，制作过程简易迅速等优点。

2.8%提高到5.5%。

2012年,do等[6]报道了效率高达8.62%的反型结构叠层太阳能电池,主要釆用了更高效的低带隙材料作为子电池的活性层。

2013年,you等[7]继续优化低带隙聚合物并釆用dou等所报道的器件结构,制备的叠层太阳能电池效率首次突破10%（达到10.6%）。

1.2有机太阳能电池的基本结构

1.2.1单层有机太阳能电池器件

单层太阳能电池是由一层同质单一极性的有机半导体嵌入电极之间而组成的电池器件，如图1-1（a），其结构为:

玻璃基片/电极/同质活性层/电极，阳极一般是ito，阴极一般是功函数低的金属al，ag，ca，mg等。

在有机单层器件中，两个电极功函数差别导致的内建电场是激子解离

为电子和空穴的主要驱动力，然而，内建电场一般不足以将有机材料的激子解离，所以激子解离效率极低。

从而导致单层结构光电转换效率很低。

1.2.2双层异质结有机太阳能电池器件

双层异质结有机太阳能电池的给体和受体材料分层于阴极和阳极两个电极间组成平面型d-a界面，如图1-1（b），其结构为：

玻璃基片/阳极/给体材料/受体材料/金属阴极，在双层异质结太阳能电池器件中电荷分离的主要驱动力是给体和受体的lumo的能极差（给体和受体界面的电子势垒）。

在界面处较大的势垒更有利于激子的解离。

和单层器件对比，双层异质结器件的优点在于提供更好的电子空穴通道。

电子和空穴分别在n型受体材料中和p型给体材料中传输，使电荷分离效率增大，自由电荷重新复和率减小。

1.2.3体异质结有机太阳能电池器件

本体异质结有机太阳能电池的给体和受体在活性层中是充分混合的，d-a界面存在于整个活性层。

如图1-1（c），其结构为：

玻璃基片/阳极/混合活性层材料/金属阴极，与双层异质结相似，都是用d-a界面效应来转移电荷。

区别在于本体异质结在整个活性层产生电荷分离，而双层异质结只在界面处产生电荷分离，所以本体异质结器件中激子解离效率较高，复合的概率较

小，本体异质结有机太阳能电池活性层材料的形貌和受体/给体的混合程度，对光电流的产生和能量转换效率有很大的影响。

粒径的尺寸太大会降低电荷的分离效率，太小会阻碍电荷的传输，因此，优化材料粒径大小可以较好的提高电荷分离效率和输运效率。

二元体异质结有机太阳能电池的活性层材料中包含一种给体材料和一种受体材料，而近研究发现的三元有机太阳能电池包括两种给体材料和一种受体材料或两种受体材料一种给体材料，能够扩展宽带隙聚合物材料

的吸收光谱至近红外区域，这种方法简单有效。

和传统的二元体系有机太阳能电池相比，三元有机太阳能电池具有一定的优势。

通过合理的设计，在主体系中引入适当第三种材料，有源层的能级和吸收光谱能够得到调节。

能级的调节有助于提升有机太阳能电池的开路电压，进而提升电池的光电转换效率，同样，有源层吸收光谱的扩展能够增大其对太阳光子的捕获，提升短路电流。

此外，级联的能级结构可以促进载流子的传输，形貌的改善有益于激子的解离和载流子的收集，能量传递能够辅助激子解离，提高激子的解离效率。

综合运用三元有机太阳能电池的这些优势，提高对三元有机太阳能电池机理的理解，将有助于推动有机太阳能电池的发展。

1.2.4叠层结构有机太阳能电池器件

叠层结构有机太阳能电池器件是将多个单元器件串联做成一个器件，从而最大限度的吸收太阳光谱，使电池的开路电压和效率得到提高。

如图1-1（d），其结构为：

玻璃基片/阳极（透明）/活性单元结构1/连接层/活性单元结构2/阴极（背电极），太阳光谱的能量分布很宽，而一般材料的吸收范围都是有限的，单一材料只能吸收部分太阳光谱能量。

叠层结构的电池利用不同种类材料的不同光谱吸收范围，提高对太阳光谱的吸收，从而提高效率。

由于串联的原因，叠层结构电池的开路电压一般大于其子单元结构的开路电压，其转换效率主要受到光生电流的限制。

因此，更好的选择各子电池的能隙宽度和厚度是叠层结构电池设计的关键，保证各个子电池之间的欧姆接触，从而得到高的转换效率。

（a）

（b

）

（c）（d）

图1-1有机太阳能电池结构

1.3有机太阳能电池工作原理

有机太阳能电池的基本原理是光生伏特效应。

器件的活性层吸收光,并通过光电效应将其转化为电能。

有机异质结的活性层通常是由n型（电子传输有利）和p型（空穴传输有利）两种不同类型的导电材料组成的。

当能量大于禁带宽度的光入射到太阳能电池器件上时,器件的活性层材料会吸收入射光,入射的光子会激发产生不平衡的电子-空穴对,即激子，如图1-2（a）。

激子在薄膜内会进行自由扩散。

当激子扩散至异质结处时,由于内建电场的作用,激子发生解离,p型材料的电子进入到n型材料,n型材料的空穴进入到p型材料，如图1-2（b）。

p型材料积累的空穴和n型材料积累的电子产生了由p型材料指向n型材料的电场,这个电场的方向与内建电场的方向相反,在平衡时场强与内建电场相等,这就是光生伏特效应。

在生成载流子之后,电子和空穴分别在n型材料和p型材料传输。

最

【篇三：

太阳能光伏电源毕业设计】

学生毕业设计（论文）

题目太阳能光伏电源毕业设计

学院兰州职业技术学院

专业光伏材料加工与应用

班级2012级光伏

（2）班

姓名康国鹏

学号20120058

指导教师

完成日期2015年月

摘要..............................................................................................................................................abstract......................................................................................................................................

1绪论........................................................................................................................................1

2太阳能光伏电源系统的原理及组成.....................................................................................2

2.1太阳能电池方阵..........................................................................................................2

2.1.1太阳能电池的工作原理...................................................................................3

2.1.2太阳能电池的种类及区别.........................................................................................3

2.1.3太阳能电池组件............................................................................................................3

2.2充放电控制器.............................................................................................................4

2.2.1充放电控制器的功能.......................................................................................5

2.2.2充放电控制器的分类......................................................................................5

2.2.3充放电控制器的工作原理.........................................................................................6

2.3蓄电池组......................................................................................................................7

2.3.1太阳能光伏电源系统对蓄电池组的要求.......................................................7

2.3.2铅酸蓄电池组的结构.......................................................................................8

2.3.3铅酸蓄电池组的工作原理...............................................................................8

2.4直流-交流逆变器........................................................................................................9

2.4.1逆变器的分类............................................................................