设计径向结纳米线薄膜太阳能电池技术研究【字数：8610】
摘 要随着社会发展、科技进步，衍生出的问题有能源的消耗和环境污染的日益严重。过度开采和使用石油和煤炭，导致了一系列的问题如温室效应、大气污染、植被减少、并且还有水质土质污染等。洁净又高效的新能源开发迫在眉睫。近些年所研究出的径向结纳米线薄膜太阳能电池充分发挥了径向结结构“陷光效应”、共振耦合、降低衰减等优势。纳米线本身就具有的“丛林状”使得径向结电池在陷光方面具有明显的优势。径向结结构使入射光的吸收方向和载流子收集方向在空间上正交化从而有效减少了载流子的复合。
目 录
第一章 绪论 1
1.1太阳能电池的研究背景 1
1.2太阳能电池的历史及研究意义 1
1.2.1太阳能电池的历史发展 1
1.2.2太阳能电池研究意义 2
1.3本论文的工作安排 2
第二章 太阳能电池技术 4
2.1引言 4
2.2太阳能电池基本原理和主要分类 4
2.2.1太阳能电池基本原理 4
2.2.2太阳能电池主要分类 5
2.3太阳能电池制备工艺 5
2.4 太阳能电池的性能参数 7
2.5 本章小结 8
第三章 径向结太阳能电池技术 9
3.1引言 9
3.2径向结太阳能电池原理 9
3.3径向结太阳能电池的制备工艺 9
3.4本章小结 10
第四章 径向结太阳能电池测试 12
4.1径向结太阳能电池测试方法 12
4.2径向结太阳能电池测试结果 12
4.3本章小结 14
第五章 总结与展望 15
致 谢 16
参考文献 17
第一章 绪论
1.1太阳能电池的研究背景
从上世纪起伴随着工业、科技文明的飞速进步，人类社会飞速发生着变化，生活物质水平获得极大提高。二十一世纪的到来，展示了人类文明空前绝后的变化。伴随而来的许多问题也越发严重。大规模开发和使用化石燃料，例如石油和天然气。这些化石燃料含有硫，氮和碳化物。在燃烧过程期间，有毒气体如二氧化硫和二氧化 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
碳被释放，使得酸雨和雾度更加频繁。较大的臭氧层空洞被人们所知晓。“pm2.5”这个词汇不断被人提及关注。这些现象已经越来越多地影响到人们的生活。整个世界都开始关注这些问题。化石燃料是不可再生的资源，近年来，大量的开采已经使这些资源日益枯竭。以煤炭和石油资源为例，世界煤和石油储量和产量比是110年和53年，社会的发展使得对能源的需求越来越大。如图1.1[1]所示，图1.1（a）表示的是2014年化石类能源石油、煤炭、天然气的储采比。图1.1（b）表示的是自1996年起，全世界范围能源年每年消耗的统计图，从图中可以观察出传统化石类能源仍占主要地位，对于可再生能源的使用越来越多。
/
图1.1（a）2014年化石类能源储采比/年（b）世界能源年消耗单位：百万吨当量
由图1.1可知，科技的愈发进步使这些不可再生的能源消耗的越来越快。污染问题也一直像把利剑悬在我们头上。因此，在这个提倡环保的时代迫切需要新的能源来替代。
1.2太阳能电池的历史及研究意义
1.2.1太阳能电池的历史发展
早在1839年，法国物理学家贝克勒尔首先观察到白金电极浸入镀银电解液中被阳光照射会产生光电压，但没有引起足够的重视。直到1877年，W.G.Adams和R.E.Day研究了硒的光伏效应，并制备了第一片硒太阳电池。1883年，美国科学家Charles Fritts制造出第一片硒太阳电池的原理。直到1941年才有关于由Oh1构建硅PN结光伏器件的报告。在20世纪50年代，现代硅电池的先驱出现了。早在1958年，硅基光伏电池模块的矩阵板就被应用于美国先锋1号人造地球卫星。在接下来的十年中，太阳能电池发电的成本仍然很高。市场价格为每瓦20美元，价格高，转换效率低，使得太阳能电池技术主要用于航空航天技术。
1969年，R.C. Chittick提出了使用非晶硅太阳能电池的想法。三年后，引入了第一个非晶硅太阳能电池。西方政府对其产生强烈兴趣，将相当一部分的经费投入到研究中。此后基于光电转化效率的提升，提纯、制绒、钝化等新技术新工艺不断出现。太阳能电池光电转换效率不断提升，成本不断降低。在世界上可以大规模的应用。除了硅电池外还有各种新型太阳能电池不断涌现。然而，由于半导体产业的成熟，硅一直是最好的太阳能电池材料，占绝大多数的市场份额。所以如今的主流依然是硅太阳能电池。进入21世纪以来，政府不断的加大投资，太阳能产业进行一轮又一轮喷发式的扩张，技术在不断的创新，前途是光明无比的。
1.2.2太阳能电池研究意义
如今的太阳能电池依旧存在很多问题，电池技术不够成熟。以当今用的最多的硅基太阳能电池为例，高质量硅材料的制备成本居高不下，使得硅基太阳能电池的前期成本过高，而且电池制备工艺水平参差不齐质量难以保证，这导致电池成品的性能参数往往不能满足设计要求。硅材料带隙的特性不能完全满足太阳光谱的范围，因此会造成相当大的太阳能损失。对于大多数目前的硅基太阳能电池，即使是具有高能量的光子也只能激发一对"电子空穴"。对于传统的方形结构，载流子在产生后容易重新组合，因此内部已经损失了相当大的能量，同时还需要改进传统电池的抗反射层。尽管非晶硅太阳能电池具有制造成本低于普通晶硅电池的优势，但是非晶硅太阳能电池较低的转换效率限制发展性。现今比较可靠的研究方向是在基于纳米线结构制备太阳能电池，以减少材料的消耗，还能改善"陷光效应"和载流子采集，从而提高电池效率，降低制备成本。未来太阳能电池的发展趋势是以薄膜太阳能电池为主的，因为薄膜电池成本低廉，可以作为建筑的镶嵌板，最为接近大规模产业化。
1.3本论文的工作安排
在本论文中，重点研究介绍太阳能电池及径向结太阳能电池的一些知识，将两种太阳能电池进行分析比较，更为深入理解径向结太阳能电池。
第一章主要介绍太阳能这一清洁可再生能源在当今能源问题日益紧张的社会中，有着非同一般的地位，太阳能电池技术的研究从18世纪开始到现在越来越受人们重视。将太阳能电池历史发展比较重要的几个时间点论述出来。发展至今已经过了两个世纪，但是，当今太阳能电池技术还是不够成熟、转换效率低，电池成本高等问题始终没有很好解决。由此指出未来对于太阳能电池的一个比较好的研究方向。
目 录
第一章 绪论 1
1.1太阳能电池的研究背景 1
1.2太阳能电池的历史及研究意义 1
1.2.1太阳能电池的历史发展 1
1.2.2太阳能电池研究意义 2
1.3本论文的工作安排 2
第二章 太阳能电池技术 4
2.1引言 4
2.2太阳能电池基本原理和主要分类 4
2.2.1太阳能电池基本原理 4
2.2.2太阳能电池主要分类 5
2.3太阳能电池制备工艺 5
2.4 太阳能电池的性能参数 7
2.5 本章小结 8
第三章 径向结太阳能电池技术 9
3.1引言 9
3.2径向结太阳能电池原理 9
3.3径向结太阳能电池的制备工艺 9
3.4本章小结 10
第四章 径向结太阳能电池测试 12
4.1径向结太阳能电池测试方法 12
4.2径向结太阳能电池测试结果 12
4.3本章小结 14
第五章 总结与展望 15
致 谢 16
参考文献 17
第一章 绪论
1.1太阳能电池的研究背景
从上世纪起伴随着工业、科技文明的飞速进步，人类社会飞速发生着变化，生活物质水平获得极大提高。二十一世纪的到来，展示了人类文明空前绝后的变化。伴随而来的许多问题也越发严重。大规模开发和使用化石燃料，例如石油和天然气。这些化石燃料含有硫，氮和碳化物。在燃烧过程期间，有毒气体如二氧化硫和二氧化 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
碳被释放，使得酸雨和雾度更加频繁。较大的臭氧层空洞被人们所知晓。“pm2.5”这个词汇不断被人提及关注。这些现象已经越来越多地影响到人们的生活。整个世界都开始关注这些问题。化石燃料是不可再生的资源，近年来，大量的开采已经使这些资源日益枯竭。以煤炭和石油资源为例，世界煤和石油储量和产量比是110年和53年，社会的发展使得对能源的需求越来越大。如图1.1[1]所示，图1.1（a）表示的是2014年化石类能源石油、煤炭、天然气的储采比。图1.1（b）表示的是自1996年起，全世界范围能源年每年消耗的统计图，从图中可以观察出传统化石类能源仍占主要地位，对于可再生能源的使用越来越多。
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图1.1（a）2014年化石类能源储采比/年（b）世界能源年消耗单位：百万吨当量
由图1.1可知，科技的愈发进步使这些不可再生的能源消耗的越来越快。污染问题也一直像把利剑悬在我们头上。因此，在这个提倡环保的时代迫切需要新的能源来替代。
1.2太阳能电池的历史及研究意义
1.2.1太阳能电池的历史发展
早在1839年，法国物理学家贝克勒尔首先观察到白金电极浸入镀银电解液中被阳光照射会产生光电压，但没有引起足够的重视。直到1877年，W.G.Adams和R.E.Day研究了硒的光伏效应，并制备了第一片硒太阳电池。1883年，美国科学家Charles Fritts制造出第一片硒太阳电池的原理。直到1941年才有关于由Oh1构建硅PN结光伏器件的报告。在20世纪50年代，现代硅电池的先驱出现了。早在1958年，硅基光伏电池模块的矩阵板就被应用于美国先锋1号人造地球卫星。在接下来的十年中，太阳能电池发电的成本仍然很高。市场价格为每瓦20美元，价格高，转换效率低，使得太阳能电池技术主要用于航空航天技术。
1969年，R.C. Chittick提出了使用非晶硅太阳能电池的想法。三年后，引入了第一个非晶硅太阳能电池。西方政府对其产生强烈兴趣，将相当一部分的经费投入到研究中。此后基于光电转化效率的提升，提纯、制绒、钝化等新技术新工艺不断出现。太阳能电池光电转换效率不断提升，成本不断降低。在世界上可以大规模的应用。除了硅电池外还有各种新型太阳能电池不断涌现。然而，由于半导体产业的成熟，硅一直是最好的太阳能电池材料，占绝大多数的市场份额。所以如今的主流依然是硅太阳能电池。进入21世纪以来，政府不断的加大投资，太阳能产业进行一轮又一轮喷发式的扩张，技术在不断的创新，前途是光明无比的。
1.2.2太阳能电池研究意义
如今的太阳能电池依旧存在很多问题，电池技术不够成熟。以当今用的最多的硅基太阳能电池为例，高质量硅材料的制备成本居高不下，使得硅基太阳能电池的前期成本过高，而且电池制备工艺水平参差不齐质量难以保证，这导致电池成品的性能参数往往不能满足设计要求。硅材料带隙的特性不能完全满足太阳光谱的范围，因此会造成相当大的太阳能损失。对于大多数目前的硅基太阳能电池，即使是具有高能量的光子也只能激发一对"电子空穴"。对于传统的方形结构，载流子在产生后容易重新组合，因此内部已经损失了相当大的能量，同时还需要改进传统电池的抗反射层。尽管非晶硅太阳能电池具有制造成本低于普通晶硅电池的优势，但是非晶硅太阳能电池较低的转换效率限制发展性。现今比较可靠的研究方向是在基于纳米线结构制备太阳能电池，以减少材料的消耗，还能改善"陷光效应"和载流子采集，从而提高电池效率，降低制备成本。未来太阳能电池的发展趋势是以薄膜太阳能电池为主的，因为薄膜电池成本低廉，可以作为建筑的镶嵌板，最为接近大规模产业化。
1.3本论文的工作安排
在本论文中，重点研究介绍太阳能电池及径向结太阳能电池的一些知识，将两种太阳能电池进行分析比较，更为深入理解径向结太阳能电池。
第一章主要介绍太阳能这一清洁可再生能源在当今能源问题日益紧张的社会中，有着非同一般的地位，太阳能电池技术的研究从18世纪开始到现在越来越受人们重视。将太阳能电池历史发展比较重要的几个时间点论述出来。发展至今已经过了两个世纪，但是，当今太阳能电池技术还是不够成熟、转换效率低，电池成本高等问题始终没有很好解决。由此指出未来对于太阳能电池的一个比较好的研究方向。
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