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太阳电池光吸收增强及电池电极研究，硕士学位论文，共140页。
摘 要
随着半导体技术的发展，人们在电学上对太阳电池效率的提高作了大量的研究，这些研究包括电池结构的创新和材料电学性能的改进，提出并制备了具有复杂结构的高效电池。
电池电学性能的改进对电池效率的提高和电池成本的降低起到了至关重要的作用。但是一方面，随着电池电学结构的优化和性能的完善，它对电池效率改进的贡献将会越来越少。另一方面，电池材料具有特定的带隙宽度，这客观上决定了电池对太阳光的吸收和利用具有局限性。对于硅电池，硅材料是间接带隙材料，所以硅对入射光的吸收系数相对直接带隙材料要小，导致电池对于太阳光的吸收并不充分，尤其对于长波长的部分。为降低成本和提高对太阳光的利用率，人们经常采用聚光光伏系统来实现光电转换，但是这类系统往往具有较复杂的光学和控制系统，并且很难与建筑实现一体化，所以开发结构简单，成本低廉，并能与建筑一体化的新型结构的聚光组件将是聚光光伏系统的一个发展方向。另外，利用聚光系统，并将光谱上转换材料结合到器件中，能将电池不能有效吸收的长波段转换到能被电池利用的短波段，实现电池吸收光谱的拓宽。
由于常规工艺条件的限制，硅太阳电池的发射极和电极并未被最优化，于是以现有新型工艺为基础，基于发射极对常规结构电池进行电极优化，将能有效指
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导生产实践。另外，在聚光条件下，电池电极的性能对电池功率的输出起到至关重要的作用，关于聚光条件下电池电极的研究也是一个重要的方向。
本文第一章介绍了太阳电池中的光学损失，并详细介绍了针对某些主要损失的技术方案，以及相应的物理机制。这些技术包括光谱转换，金属等离子增强和发射极及电极优化等。
本文第二章介绍一种新型聚光电池组件的结构，工作原理和制备过程，实验结果表明，新型彩色平板聚光电池组件制作简单，成本低廉，能有效收集入射直射光和散射光，实现组件的功能化，彩色化和多样化，并应用到光伏建筑一体化中。
本文第三章探讨了光谱上转换材料在太阳电池中的应用。本文提出了一种新的材料合成方案，实现了对YF3：Er的尺寸和形貌控制，并根据实验结果提出了合成原理和相应的晶体生长机制，最后实验结果证实，所得产物能被很好地集成到光伏材料EVA(Ethylene-Vinyl Acetate)塑料膜中，以盐酸为添加物的产物具有优良的上转换发光特性，各产物的上转换发光效率与合成过程中添加的酸的种类有关，在特定的pH值下，酸起到了类似于表面活性剂的作用，酸中的离子在晶体生长过程中吸附到晶体表面，从而实现晶体的定向生长，并且这些离子的吸附将最终影响到材料的上转换发光特性，吸附物低的振动能导致材料高的发光效率。
本文第四章介绍了一种针对太阳电池的光诱导电流系统，并将其应用于太阳电池光电转换特性的检测，发现了电池中金属电极区域不同于等离子增强效应和热电效应的光伏效应。实验研究了CZTS(Copper Zinc Tin Sulfide)薄膜电池电极区域和非电极区域在不同强度和不同波长的激光照射下其光诱导电流特性，证实了光在厚金属电极(厚达15 μm)中激发光电流的现象，在强可见光下，金属中的电流比电池非电极区域明显要大，并针对这一实验结果提出了电池金属电极中的光伏效应，这种效应有望被应用到聚光电池组件中。
本文第五章提出了将新型二维模拟软件PC2D应用到常规结构电池的性能模拟和优化中，由于发布软件中没有提供相关模拟说明，本文详细地介绍了模拟步骤和参数计算过程，并结合实验结果(I-V特性曲线和外量子效率曲线)，对具有不同发射极(65-105 ohm/sq)的常规晶体硅电池进行了性能模拟，肯定了高方阻电池
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的开路电压和短路电流优势，但由于电极未最优化，导致高方阻电池低的填充因子。本文根据现有可实现的工艺条件，对高方阻电池的电极进行了优化。优化结果表明，在不采用复杂电池结构的情况下，以现有工艺条件为基础，在常规电池中仍能实现19.1%以上的效率。
关键词：彩色组件，平板聚光，光谱转换，等离子增强，高方阻，PC2D

目录
摘要 I
ABSTRACT V
第1章 引言 1
11 国内外光伏产业发展现状 1
12 国内最近与光伏相关的政策 3
13 晶体硅太阳电池工作原理 4
14 太阳电池中的光学损失 6
15 太阳电池研究中与减少光学损失相关的若干研究热点 8
151 光谱转换和转移 8
152 金属表面等离子增强 9
153 对电池发射极和电极的评估和优化 15
16 研究思路和研究内容 16
17 技术路线 17
第2章 平板聚光太阳电池的设计与制造 21
21 研究背景 21
22 实验过程 24
23 实验结果与分析 25
24 结果讨论 28
25 本章小节 29
第3章 上转换材料的制备及其在太阳电池中的应用 33
31 研究背景 33
32 理论基础 36
33 实验过程 38
34 实验结果 39
341 颗粒形貌随反应时间的变化 39
342 颗粒形貌随添加剂的变化 43
343 发光特性随反应时间的变化 46
344 发光特性随添加剂的变化 47
35 分析与讨论 48
351 晶体生长机制 48
352 上转换发光机制 50
36 本章小结 56
第4章 基于RAMAN系统的LASER-BEAM-INDUCED–CURRENT(LBIC)建立及厚金属电极中光伏现象的发现 61
41 研究背景 61
42 基于Raman系统的Light-Beam-Induced-Current(LBIC)系统的建立 62
43 实验过程 66
44 实验结果与讨论 67
441 电池短路电流随激光强度变化的关系 67
442 电池外量子效率随激光强度变化的关系 79
443 电池的电流与电压特性 84
45 金属中光伏机制的提出 86
46 本章小结 88
第5章 利用PC2D对发射极和电极进行优化探讨高方阻均匀发射极电池的效率极限 91
51 理论基础 91
52 模拟过程 97
53 结果与讨论 105
531 针对不同发射极的模拟结果与分析 105
532基于高方阻发射极的电极优化结果与分析 108
54 本章小结 118
第6章 总结与展望 123
攻读期间相关论文列表 125
授权专利 125
申请专利 126
致 谢 127