埋栅型薄膜太阳能电池的研究学院
埋栅型薄膜太阳能电池的研究学院[20191223160003]
摘 要
太阳能电池在多个领域应用广泛，本文通过实验对埋栅型薄膜太阳能电池进行研究。埋栅型薄膜太阳能电池由基质、底电极,p型多晶硅薄膜,N型多晶硅薄膜和电极组成。其中,衬底位于底部,与p型多晶硅薄膜层,p型多晶硅薄膜层缠绕N多晶硅薄膜层,结合表面形成一个封闭的循环pn结,顶部电极由N多晶硅薄膜包裹层,底部电极位于顶部,p型多晶硅薄膜的另一层连接，与传统的薄膜太阳能电池相比,pn结薄膜太阳能电池的电极平行上下双方可以接受光线辐射,提高了太阳能电池受光面积,从而提高电池的光电转换效率，用SILVACO软件仿真出在电池厚度、掺杂浓度、通孔尺寸不同的得到的不同光谱响应，为提高光电转换效率提供指导。
查看完整论文请+Q: 3519,1607,2
关键字:薄膜太阳能电池光电转换效率光谱响应透明导电氧化膜
目 录
摘 要 I
Buried gra ting type thin film solar cells research 1
第一章 绪 论 3
1.1研究课题现状和发展趋势 3
1.2薄膜太阳能电池的研究意义 4
1.3所做的主要工作 4
第二章 太阳能电池 5
2.1太阳能电池的分类 5
2.2薄膜太阳能电池的优缺点和分类 7
2.3太阳能电池原理 11
第三章 薄膜的制造 15
3.1非晶硅薄膜 15
3.2 多晶硅薄膜 16
3.3总结 18
第四章 硅基环形PN结埋栅型薄膜太阳能电池的设计与光谱响应研究 18
4.1传统薄膜太阳能电池的结构 18
4.2闭环埋栅结太阳能电池的设计和工艺设计 20
4.3 CJBE电池光谱响应分析 22
4.3.1 CJBE电池与普通多晶硅薄膜电池光谱响应比较与分析 22
4.3.2 CJBE电池结构参数对电池光谱响应的影响 22
结束语 25
参考文献 26
致 谢 28
第一章 绪 论
1.1研究课题现状和发展趋势
最近几年，全世界的各种能源消耗量逐渐上涨，环境污染也越来越严重。这些都与经济发展之间的矛盾日益突出，再加上人类对可再生能源越来越多的需求，这样就鼓励人们致力于发展新能源。作为一种新能源，太阳能具有它独特的优势。所以，要想解决能源问题的长期发展战略，我们必须合理利用好太阳能这一能源，太阳能受到人们广泛的重视也是理所当然的事[1]。
太阳能电池发展中，薄膜电池从一出现就以成本低廉的特点成了人们关注的焦点，当前能够实行规模化产业化生产的薄膜电池有三类，硅基薄膜太阳能电池、铜铟镓硒薄膜太阳能电池（CIGS）、碲化镉薄膜太阳能电池（CDTE）。其中，硅基薄膜电池以其独特的优势迅速发展[2]。
硅基太阳能电池在光伏产业整个市场的系列产品占有率很高。硅基太阳能电池的研究和开发系列一直关注。晶体硅太阳能电池是太阳能电池中受到关注最高的，光电转换效率高，制造工艺等一系列完整的。硅基太阳能电池自1990年代开始成为市场的主流产品。但由于晶体硅太阳能电池有一个电池能量消耗大，导致价格上涨，成本太大。另一个系列的硅基太阳能电池，硅薄膜制备技术在近几年显着改善，因为技术可以实现对廉价的大范围集成基板，沉积，材料比晶体硅太阳能电池也减少很多，所以人们以减少的硅基太阳能电池的制备成本开始系列去专门的薄膜太阳能电池的制备研究。
1.2薄膜太阳能电池的研究意义
太阳能电池的光电能量转换时，电子，光子和声子它的的载体。相互作用能量的光子和电子之间的表面的小范围内的细胞，这是薄膜太阳能电池的制备条件。
为了收集太阳光，使在平时的生活中利用太阳能，通常需要表面比较大的太阳能电池装置。薄膜太阳能电池的发展最主要就是为了降低成本。薄膜太阳能电池与单晶硅和多晶硅太阳能电池相比最大的缺点就是光电转换效率低。这是由于薄膜太阳能电池材料是非晶硅。缺陷密度大是非晶硅材料的缺点，产生的电子-空穴对的重组率高，从而电池的转换效率变低。然而，由于薄膜太阳能电池可以在各种类型的衬底包括柔性衬底中淀积，具有较高的性价比，成为在晶体硅太阳能电池后新一代太阳能电池。
1.3所做的主要工作
由于薄膜太阳能电池拥有提高光子循环及减少成本等特点，所以薄膜太阳能电池在生活，航空航天，军事等方面已得到了广泛的应用。最近几年，薄膜太阳能电池的制备技术的投入使用取得了巨大的成功。但由于用非晶硅材料制成的薄膜太阳能电池具有光致衰效应，从而电池的转换效率大大削减。掺杂浓度，结构，材料，技术，将直接影响光电转换效率。研究在薄膜太阳能电池的原结构进行，并基于增加电池的薄膜太阳能电池的问题，本文主要研究了提高太阳能电池的受光面积，进而提高转换效率。
全文共分为五章，各章节的主要内容安排如下：
第一章为绪论，系统介绍薄膜太阳能电池的研究意义、发展趋势和研究现状。
第二章介绍太阳能电池的原理及大体上的分类，对硅基薄膜太阳能电池进行的各种详细描述，其中包括各个薄膜电池的优缺点、历史、发展现状，本课题的基本知识。
第三章介绍太阳能电池的制备材料-薄膜的特性，具体描述非晶硅和多晶硅薄膜的制备方法、改良措施等方面。
第四章为硅基环形PN结埋栅型薄膜太阳能电池的制作和测试，用SILVACO软件仿真出在电池厚度、掺杂浓度、通孔尺寸不同的得到的不同光谱响应，进而提升光电转换效率。
第二章 太阳能电池
2.1太阳能电池的分类
按照不同要求分类太阳能电池，，种类如下：
图2.1 太阳能电池的分类
其中，根据太阳能电池的分类来看使用的材料是最广泛的。
（1）硅太阳能电池
硅基太阳能电池多晶体硅太阳能电池，非晶硅和单晶硅薄膜太阳能电池三大类。
单晶硅太阳能电池理论转换效率大约是25%，其生产过程是最完整的，工业生产效率约为17%，在硅太阳电池中是最高的。虽然在目前市场上占据主要地位，但其有生产工艺复杂，能耗高，成本高的缺点，人们开始偏向其他优点更加明显硅太阳能电池进行研究。
多晶硅薄膜太阳能电池的制造，具有结构简单，成本低的优点，相对于单晶体硅太阳能电池和非晶硅薄膜电池相比，具有高转换效率。所以，多晶硅薄膜太阳能电池市场的前景很广阔。
非晶硅薄膜太阳能电池具有高的光吸收系数，而且重量轻，价格便宜，应用前景广阔。然而，它的电气效率会随温度的降低而降低，电池的性能是不稳定的，就是光衰弱效应。同时，由于在长波长范围缺乏敏感性，致使光电转换效率降低。它的地位在生产过程受到影响。
（2）多元化合物薄膜太阳能电池
近年来，发展了CIS，硫化镉，GaAs等为代表类型的无机多元化合物薄膜太阳能电池。
碲化镉，硫化镉多晶薄膜太阳能电池的转换效率高，成本低，且制造工艺简单，可以说是比较理想太阳能电池，但人们往往不投入批量生产，因为镉元素是有剧毒的，对环境的危害极大，会造成严重的水污染。因此，不建议提倡碲化镉、硫化镉多晶薄膜太阳电池的生产。
砷化镓III-V族化合物材料的电池可以在空气中平稳的存在。它有一个光电转换特性，而且具有很高的电子转移速率，具有很好的光学带隙，因此它是非常适合于制造高性能单结太阳能电池。但受到GaAs材料的高成本限制，GaAs电池的推广受到了限制。
铜铟硒薄膜太阳能电池（CIS）近年来关注很高，由于具有较高的转换效率，其材料价格低，无光诱导降解等优点，所以被认为是前途最好的光伏材料之一。但由于其结构复杂，稀有元素的比率，尚未实现大规模生产。
（3）聚合物多层修饰电极型太阳能电池
由于有机材料具有制备简单，原料资源丰富，成本低等优点，开始了有机聚合物取代无机材料的研究。但对于聚合物多层修饰电极在近几年的太阳能电池的制备技术才开始探索，与硅基电池相比，转换效率低，使用寿命不是很理想。问题迟早会随着科技的不断进步而解决的。
（4）纳米晶体薄膜太阳能电池
二氧化钛纳米晶薄膜太阳能电池是近年来发展起来的，它的优点是成本低，价格低，生产工艺简单，电池的性能稳定性高。虽然技术方面不成熟，但就是它的这些优点吸引了国内外研究者的目光。
（5）有机太能能电池
有机太阳能电池材料通常是有共轭结构的有机小分子、过渡金属配合物、有机染料分子和包含染料分子的聚合物等。有机太阳能电池的重要组成部分就是这些有机材料。有机太阳能电池在如今的产量中并不常见，所以人们对它也并不是太了解。其实早在1977年，科学家们就发现了导电聚乙炔（PA），这为我们制作成本低的有机太阳能电池提供了希望[10]。
摘 要
太阳能电池在多个领域应用广泛，本文通过实验对埋栅型薄膜太阳能电池进行研究。埋栅型薄膜太阳能电池由基质、底电极,p型多晶硅薄膜,N型多晶硅薄膜和电极组成。其中,衬底位于底部,与p型多晶硅薄膜层,p型多晶硅薄膜层缠绕N多晶硅薄膜层,结合表面形成一个封闭的循环pn结,顶部电极由N多晶硅薄膜包裹层,底部电极位于顶部,p型多晶硅薄膜的另一层连接，与传统的薄膜太阳能电池相比,pn结薄膜太阳能电池的电极平行上下双方可以接受光线辐射,提高了太阳能电池受光面积,从而提高电池的光电转换效率，用SILVACO软件仿真出在电池厚度、掺杂浓度、通孔尺寸不同的得到的不同光谱响应，为提高光电转换效率提供指导。
查看完整论文请+Q: 3519,1607,2
关键字:薄膜太阳能电池光电转换效率光谱响应透明导电氧化膜
目 录
摘 要 I
Buried gra ting type thin film solar cells research 1
第一章 绪 论 3
1.1研究课题现状和发展趋势 3
1.2薄膜太阳能电池的研究意义 4
1.3所做的主要工作 4
第二章 太阳能电池 5
2.1太阳能电池的分类 5
2.2薄膜太阳能电池的优缺点和分类 7
2.3太阳能电池原理 11
第三章 薄膜的制造 15
3.1非晶硅薄膜 15
3.2 多晶硅薄膜 16
3.3总结 18
第四章 硅基环形PN结埋栅型薄膜太阳能电池的设计与光谱响应研究 18
4.1传统薄膜太阳能电池的结构 18
4.2闭环埋栅结太阳能电池的设计和工艺设计 20
4.3 CJBE电池光谱响应分析 22
4.3.1 CJBE电池与普通多晶硅薄膜电池光谱响应比较与分析 22
4.3.2 CJBE电池结构参数对电池光谱响应的影响 22
结束语 25
参考文献 26
致 谢 28
第一章 绪 论
1.1研究课题现状和发展趋势
最近几年，全世界的各种能源消耗量逐渐上涨，环境污染也越来越严重。这些都与经济发展之间的矛盾日益突出，再加上人类对可再生能源越来越多的需求，这样就鼓励人们致力于发展新能源。作为一种新能源，太阳能具有它独特的优势。所以，要想解决能源问题的长期发展战略，我们必须合理利用好太阳能这一能源，太阳能受到人们广泛的重视也是理所当然的事[1]。
太阳能电池发展中，薄膜电池从一出现就以成本低廉的特点成了人们关注的焦点，当前能够实行规模化产业化生产的薄膜电池有三类，硅基薄膜太阳能电池、铜铟镓硒薄膜太阳能电池（CIGS）、碲化镉薄膜太阳能电池（CDTE）。其中，硅基薄膜电池以其独特的优势迅速发展[2]。
硅基太阳能电池在光伏产业整个市场的系列产品占有率很高。硅基太阳能电池的研究和开发系列一直关注。晶体硅太阳能电池是太阳能电池中受到关注最高的，光电转换效率高，制造工艺等一系列完整的。硅基太阳能电池自1990年代开始成为市场的主流产品。但由于晶体硅太阳能电池有一个电池能量消耗大，导致价格上涨，成本太大。另一个系列的硅基太阳能电池，硅薄膜制备技术在近几年显着改善，因为技术可以实现对廉价的大范围集成基板，沉积，材料比晶体硅太阳能电池也减少很多，所以人们以减少的硅基太阳能电池的制备成本开始系列去专门的薄膜太阳能电池的制备研究。
1.2薄膜太阳能电池的研究意义
太阳能电池的光电能量转换时，电子，光子和声子它的的载体。相互作用能量的光子和电子之间的表面的小范围内的细胞，这是薄膜太阳能电池的制备条件。
为了收集太阳光，使在平时的生活中利用太阳能，通常需要表面比较大的太阳能电池装置。薄膜太阳能电池的发展最主要就是为了降低成本。薄膜太阳能电池与单晶硅和多晶硅太阳能电池相比最大的缺点就是光电转换效率低。这是由于薄膜太阳能电池材料是非晶硅。缺陷密度大是非晶硅材料的缺点，产生的电子-空穴对的重组率高，从而电池的转换效率变低。然而，由于薄膜太阳能电池可以在各种类型的衬底包括柔性衬底中淀积，具有较高的性价比，成为在晶体硅太阳能电池后新一代太阳能电池。
1.3所做的主要工作
由于薄膜太阳能电池拥有提高光子循环及减少成本等特点，所以薄膜太阳能电池在生活，航空航天，军事等方面已得到了广泛的应用。最近几年，薄膜太阳能电池的制备技术的投入使用取得了巨大的成功。但由于用非晶硅材料制成的薄膜太阳能电池具有光致衰效应，从而电池的转换效率大大削减。掺杂浓度，结构，材料，技术，将直接影响光电转换效率。研究在薄膜太阳能电池的原结构进行，并基于增加电池的薄膜太阳能电池的问题，本文主要研究了提高太阳能电池的受光面积，进而提高转换效率。
全文共分为五章，各章节的主要内容安排如下：
第一章为绪论，系统介绍薄膜太阳能电池的研究意义、发展趋势和研究现状。
第二章介绍太阳能电池的原理及大体上的分类，对硅基薄膜太阳能电池进行的各种详细描述，其中包括各个薄膜电池的优缺点、历史、发展现状，本课题的基本知识。
第三章介绍太阳能电池的制备材料-薄膜的特性，具体描述非晶硅和多晶硅薄膜的制备方法、改良措施等方面。
第四章为硅基环形PN结埋栅型薄膜太阳能电池的制作和测试，用SILVACO软件仿真出在电池厚度、掺杂浓度、通孔尺寸不同的得到的不同光谱响应，进而提升光电转换效率。
第二章 太阳能电池
2.1太阳能电池的分类
按照不同要求分类太阳能电池，，种类如下：
图2.1 太阳能电池的分类
其中，根据太阳能电池的分类来看使用的材料是最广泛的。
（1）硅太阳能电池
硅基太阳能电池多晶体硅太阳能电池，非晶硅和单晶硅薄膜太阳能电池三大类。
单晶硅太阳能电池理论转换效率大约是25%，其生产过程是最完整的，工业生产效率约为17%，在硅太阳电池中是最高的。虽然在目前市场上占据主要地位，但其有生产工艺复杂，能耗高，成本高的缺点，人们开始偏向其他优点更加明显硅太阳能电池进行研究。
多晶硅薄膜太阳能电池的制造，具有结构简单，成本低的优点，相对于单晶体硅太阳能电池和非晶硅薄膜电池相比，具有高转换效率。所以，多晶硅薄膜太阳能电池市场的前景很广阔。
非晶硅薄膜太阳能电池具有高的光吸收系数，而且重量轻，价格便宜，应用前景广阔。然而，它的电气效率会随温度的降低而降低，电池的性能是不稳定的，就是光衰弱效应。同时，由于在长波长范围缺乏敏感性，致使光电转换效率降低。它的地位在生产过程受到影响。
（2）多元化合物薄膜太阳能电池
近年来，发展了CIS，硫化镉，GaAs等为代表类型的无机多元化合物薄膜太阳能电池。
碲化镉，硫化镉多晶薄膜太阳能电池的转换效率高，成本低，且制造工艺简单，可以说是比较理想太阳能电池，但人们往往不投入批量生产，因为镉元素是有剧毒的，对环境的危害极大，会造成严重的水污染。因此，不建议提倡碲化镉、硫化镉多晶薄膜太阳电池的生产。
砷化镓III-V族化合物材料的电池可以在空气中平稳的存在。它有一个光电转换特性，而且具有很高的电子转移速率，具有很好的光学带隙，因此它是非常适合于制造高性能单结太阳能电池。但受到GaAs材料的高成本限制，GaAs电池的推广受到了限制。
铜铟硒薄膜太阳能电池（CIS）近年来关注很高，由于具有较高的转换效率，其材料价格低，无光诱导降解等优点，所以被认为是前途最好的光伏材料之一。但由于其结构复杂，稀有元素的比率，尚未实现大规模生产。
（3）聚合物多层修饰电极型太阳能电池
由于有机材料具有制备简单，原料资源丰富，成本低等优点，开始了有机聚合物取代无机材料的研究。但对于聚合物多层修饰电极在近几年的太阳能电池的制备技术才开始探索，与硅基电池相比，转换效率低，使用寿命不是很理想。问题迟早会随着科技的不断进步而解决的。
（4）纳米晶体薄膜太阳能电池
二氧化钛纳米晶薄膜太阳能电池是近年来发展起来的，它的优点是成本低，价格低，生产工艺简单，电池的性能稳定性高。虽然技术方面不成熟，但就是它的这些优点吸引了国内外研究者的目光。
（5）有机太能能电池
有机太阳能电池材料通常是有共轭结构的有机小分子、过渡金属配合物、有机染料分子和包含染料分子的聚合物等。有机太阳能电池的重要组成部分就是这些有机材料。有机太阳能电池在如今的产量中并不常见，所以人们对它也并不是太了解。其实早在1977年，科学家们就发现了导电聚乙炔（PA），这为我们制作成本低的有机太阳能电池提供了希望[10]。
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