硅太阳能电池研究

【摘要】： 太阳能光伏技术是把太阳的光能转换成电能的主要方式。目前主要的太阳能光伏转换器件有硅太阳电池,砷化镓太阳电池,染料敏化太阳电池和薄膜太阳电池。其中,硅太阳电池是主要技术。硅太阳电池中又可以分为单晶硅太阳电池,多晶硅太阳电池和无定形硅太阳电池,其中,多晶硅太阳电池应用最广。这是因为单晶硅材料昂贵,发电成本高;无定形硅材料虽然便宜,但是光电转换效率太低。多晶硅太阳电池是成本和效率之间的折中。本文首先给出了各种硅太阳电池的发电核心:p-n结的半导体物理学。这样可以从总体上认识硅太阳电池的光电转换原理。 从降低成本和提高效率两个方面考虑,本文分别研究了硅片的定边喂膜(EFG)制造方法,硅片的快速加热处理技术(RTP),硅片的表面钝化方法和多晶硅太阳电池的酸腐蚀绒面处理技术。其中,硅片的EFG制造方法和RTP处理技术直接与成本有关;硅片的表面钝化技术和多晶硅太阳电池的酸腐蚀绒面处理技术直接影响到电池的效率。这些研究是对硅太阳电池技术发展的总结,在硅太阳电池的研究中具有科学上的和工程技术上的参考价值。最后,基于一定的物理模型和假设条件,对硅太阳电池的光电流与硅片参数之间的关系以及单层减反射膜时的硅太阳电池的平均反射系数进行了计算机仿真,这对于验证和发现硅太阳电池的基本性质是有益的。 【关键词】：光伏技术 硅太阳能电池 光电转换效率 p-n结 定边喂膜法 快速热处理 钝化 绒面 计算机仿真
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-10
• 第一章 引言和研究目标10-13
• 1.1 问题的说明10-11
• 1.2 研究目标11-12
• 1.2.1 从成本角度考虑11
• 1.2.2 从效率角度考虑11-12
• 1.3 论文的结构12-13
• 第二章 硅太阳电池的器件物理学13-26
• 2.1 p-n结的理论基础13-17
• 2.1.1 半导体的能带理论和掺杂原理13-15
• 2.1.2 载流子的运动和p-n结的形成15-17
• 2.2 p-n结的数学模型17-23
• 2.2.1 基本方程17-18
• 2.2.2 平衡下的p-n结18-20
• 2.2.3 外加电压下的p-n结20-22
• 2.2.4 光照下的p-n结22-23
• 2.3 硅太阳电池特征23-25
• 2.3.1 硅太阳电池参数23-24
• 2.3.2 光照下的硅太阳电池的等效电路和输出功率24-25
• 2.4 小结25-26
• 第三章 EFG带状硅太阳电池26-31
• 3.1 EFG法的原理26-27
• 3.2 EFG法的特点27
• 3.3 EFG带状硅片的性质27-28
• 3.3.1 结晶性27-28
• 3.3.2 电特性28
• 3.4 EFG带状硅太阳电池的发展现状28-30
• 3.4.1 EFG带状硅太阳电池的成本分配28
• 3.4.2 EFG带状硅的生产水平28-30
• 3.4.3 EFG带状硅生长技术的发展方向30
• 3.5 小结30-31
• 第四章 硅太阳电池的快速热处理技术31-39
• 4.1 RTP系统的基本原理31-34
• 4.1.1 黑体辐射与钨卤灯的光谱性质31-33
• 4.1.2 硅片的快速加热原理33
• 4.1.3 RTP系统原理图33-34
• 4.2 RTP系统的优势34-35
• 4.3 RTP系统在硅太阳电池处理中的应用35-37
• 4.4 小结37-39
• 第五章 硅太阳电池的复合机制和表面钝化技术39-47
• 5.1 复合理论的基础知识39-40
• 5.1.1 非平衡载流子的注入与复合39-40
• 5.1.2 非平衡载流子的寿命、复合几率和复合率40
• 5.2 复合理论40-44
• 5.2.1 直接复合41-42
• 5.2.2 间接复合42-43
• 5.2.3 表面复合43-44
• 5.3 硅太阳电池的表面钝化技术44-45
• 5.3.1 SiO_2的性质和制备44-45
• 5.3.2 Si_3N_4的性质和制备45
• 5.3.3 SiO_2和Si_3N_4钝化硅太阳电池的原理45
• 5.4 小结45-47
• 第六章 多晶硅太阳电池的绒面处理技术47-51
• 6.1 酸腐蚀法制备多晶硅绒面的基本原理47
• 6.2 酸腐蚀产生多晶硅绒面的过程47-49
• 6.3 酸腐蚀处理后的多晶硅片表面特征49-50
• 6.4 小结50-51
• 第七章 硅片参数对光电流密度的影响51-61
• 7.1 单色光的光电流计算51-53
• 7.2 硅片参数的模拟实验中使用的电池模型53-54
• 7.3 硅片参数的模拟实验54-59
• 7.3.1 实验目的54
• 7.3.2 实验方法和工具54
• 7.3.3 实验结果54-59
• 7.4 实验结论59-60
• 7.5 小结60-61
• 第八章 硅太阳电池单层减反射膜的设计61-69
• 8.1 单层减反射膜的结构和反射率的评价公式61-63
• 8.2 减反射膜的参数对平均反射率影响的模拟实验63-66
• 8.2.1 实验目的63
• 8.2.2 实验方法和工具63
• 8.2.3 实验结果63-66
• 8.3 实验结论66-67
• 8.4 小结67-69
• 第九章 总结和展望69-71
• 9.1 全文总结69-70
• 9.2 展望70-71
• 参考文献71-75
• 附录A AM1.5 时太阳光光子流密度75-77
• 附录B 符号一览表77-81
• 攻读硕士期间发表的论文81-82
• 致谢82

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