铜氧化物薄膜太阳能电池及其在航标灯上的应用研究

【摘要】：太阳能作为一种清洁环保的可再生能源,在传统能源日益枯竭的情况下已经越来越受到重视,并广泛应用于各种领域,如一体化太阳能航标灯等。目前,硅系太阳能电池应用最为广泛,然而进一步提升其转换效率的空间不大,且制备成本高。因此制备转化效率高,成本低廉,清洁环保的新型太阳能电池成为研究的热点。铜氧化物具有清洁环保、材料来源丰富、性能稳定、制备工艺简单的特点,禁带宽度接近光伏材料的理想能隙,理论转化效率高,非常适合制备高性能薄膜太阳能电池。本论文第一部分以Cu为靶材,采用直流磁控溅射法,通过不同的氧氩流量比在普通载玻片上制备了不同物相的铜氧化物薄膜,并对部分样品其进行了热处理。通过采用X射线衍射仪对薄膜的晶体结构进行分析,采用扫面电子显微镜对薄膜的微观形貌进行了分析,并用能谱仪分析薄膜的元素,采用紫外/可见光分光光度计分析铜氧化物薄膜的光学特性。进而,制备了铜氧化物/Si异质结薄膜电池,并对其I-V特性进行了分析。研究结果如下:(1)氧氩流量比对薄膜的成分起着决定性作用。(2)随着氧气和氩气流量比从5:86逐渐变换为5:48,制备的Cu2O薄膜择优生长取向变差。氧氩流量比为5:8时薄膜的成分为单一Cu O。(3)随着热处理温度从300℃升至500℃,薄膜的晶粒明显变大,表面变得粗糙,择优取向明显增强,光吸收能力也明显增强,光电转化效率得到提高。(4)同一制备条件下Cu2O/Si异质结电池比Cu O/Si表现出更高的转化效率。论文第二部分本文针对航标灯用小型太阳能电池在弱光下产生的电流电压过小,因而无法有效被传统铅酸蓄电池收集利用的特点,设计了一款基于超级电容的航标灯供电电路,通过超级电容来收集弱光下转化的这部分电能,从而更有效利用太阳能电池转换的能量。 【关键词】：太阳能电池 铜氧化物薄膜 直流磁控溅射法 超级电容
【学位授予单位】：集美大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 中文摘要4-5
• abstract5-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 引言8-9
• 1.2 太阳能电池的发展与应用9-14
• 1.2.1 国外发展与应用9-11
• 1.2.2 国内发展与应用11-12
• 1.2.3 航标灯用太阳能电池12
• 1.2.4 太阳能电池的分类12-14
• 1.3 铜氧化物薄膜电池的研究现状14-16
• 1.3.1 CuO研究与应用15
• 1.3.2 Cu_2O研究与应用15-16
• 1.4 本文的研究目的与研究内容16-17
• 第2章 太阳能电池的基础17-24
• 2.1 太阳能电池发电原理17-19
• 2.1.1 P-N结太阳能电池17-18
• 2.1.2 太阳能电池等效电路18-19
• 2.2 太阳能电池的主要参数19-20
• 2.3 铜氧化物薄膜的制备及表征方法20-24
• 2.3.1 薄膜的制备方法20-22
• 2.3.2 薄膜的表征方法22-24
• 第3章 铜氧化物电池的制备及性能分析24-39
• 3.1 铜氧化物薄膜的制备24-27
• 3.1.1 实验设备24-25
• 3.1.2 样片清洗25
• 3.1.3 磁控溅射制备薄膜25-26
• 3.1.4 热处理26-27
• 3.2 铜氧化物薄膜的特性分析27-36
• 3.2.1 薄膜的物相与影响因素27-30
• 3.2.2 薄膜的微观形貌与影响因素30-34
• 3.2.3 薄膜的光学特性分析34-36
• 3.3 Cu_xO/Si电池I-V分析36-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第4章 航标灯用太阳能电池供电电路39-45
• 4.1 整体方案设计39-40
• 4.2 弱电流蓄电装置设计40-41
• 4.2.1 超级电容优点40
• 4.2.2 超级电容组设计40-41
• 4.3 稳压电路设计41-43
• 4.3.1 升压电路模块41-43
• 4.3.2 降压电路模块43
• 4.4 本章小结43-45
• 第5章 总结与展望45-46
• 5.1 本文总结45
• 5.2 未来展望45-46
• 致谢46-47
• 参考文献47-50
• 在学期间发表的学术论文50

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