晶硅电池减反射膜的研究与设计
晶硅电池减反射膜的研究与设计[20191223142200]
摘 要
本文是对晶硅电池减反射膜进行优化设计。利用TFCalc软件对晶硅电池的减反射膜进行了仿真模拟，模拟出晶硅电池减反射膜的单层膜、双层膜反射率与入射波长的关系曲线，并根据太阳光谱和晶硅的光谱响应选定中心波长对晶硅电池的减反射膜进行优化，这样可以得到减反射膜的最佳膜系参数，为晶硅电池的高转换效率提供了理论上的指导。本文还比较了几种常用的减反射膜材料在制备单层减反射膜和双层减反射膜时的膜系参数，以便更为精确的确定晶硅电池的最佳膜系。并且本文还采用PC1D软件模拟出了镀有减反射膜的晶硅电池的I-V曲线以及其量子曲线，进一步从理论上证明了镀减反射膜对晶硅太阳能电池的电池转换效率有很大提高。
查看完整论文请+Q: 3519,1607,2
关键字:字晶硅电池TFCalc减反射膜优化设计转换效率PC1D
目 录
1. 引言 1
1.1 晶硅电池减反射膜的研究现状 1
1.2 晶硅电池减反射膜的研究目的和意义 2
1.3 论文研究思路和技术方法 2
2. 晶硅电池减反射膜的总体设计方案 3
2.1 减反射膜的简介 3
2.2 常用晶硅电池减反射膜的材料 3
2.3 TFCalc模拟出最佳膜系参数 4
2.4 PC1D分析晶硅电池性能参数 4
2.5 本章小结 4
3. 膜系的优化设计 5
3.1 减反射膜的四分之一波长原理 5
3.2 单层减反射膜膜系优化设计 6
3.3 双层减反射膜膜系优化设计 10
3.4 TFCalc仿真结果总结 14
4. PC1D软件模拟仿真 15
4.1 模型的建立 15
4.2 I-V曲线 15
4.3 外量子效率曲线 17
4.4 PC1D仿真结果总结 19
结束语 20
参考文献 21
致谢 22
1. 引言
1.1 晶硅电池减反射膜的研究现状
在当今社会中，煤炭、石油、天然气等燃料正面临资源日趋枯竭的能源危机。而这种因为能源肆意开采使用使其正在逐渐影响整个人类的生活质量。而这些化石能源在人类使用它们的程中会产生严重的环境污染而发生十分严重的影响，比如温室效应等。在人类现在出现能源危机以及环境危机的情况下,太阳能作为一种清洁的、可再生能源必然会引起人类的关注[1]。
太阳能光伏发电就是将太阳辐射的能量即光能转化为电能的技术，它的本质是半导体物质的光电效应，即光生电。而现实生活中最常用的半导体材料是硅。晶硅硅太阳能电池是将太阳辐射的光能直接转化为电能的器件，但是由于硅在实际应用中存在一定的折射率，因此当太阳光照射在硅基体的电池片上时会有相当一部分的能量被反射而损失掉，因此这样会导致晶硅太阳能电池的光电转换效率不高[2]。而在晶硅太阳能电池上镀上减反射膜后，可以减少其反射率，因此研究减反射膜对于提高电晶硅电池的光电转换效率具有相当高的重要性。
太阳能光伏转化效率是目前光伏领域的重点研究方向之一。研究学者们为了更好的减少晶硅太阳能电池表面光的反射，从而增加能量的吸收，因此在其表面镀减反射膜是一个相对较好的研究选择方案之一。在日常生活中，减反射膜是一种使用十分广泛的一层或者多层光学薄膜层，并且在工业生产中以及军事领域等都有相当广泛的研究使用价值[3]。
减反射膜在实际应用中是使用最为广泛的一种光学薄膜镀层，长期处于薄膜光学中研究学者们至今仍然在对其做重点研究，当然研究学者们一直在不断的改进其材料，工艺等方面，但是其仍然存在很多很多的问题[4]。比如：（1）虽难减反射膜具有一定的抗反射效果，但是由于其长期在户外工作，从而导致薄膜可能会发生氧化等一些列微小的变化从而导致减反射膜的利用率并不高，光电转换效率达不到预期的效果。（2）提高晶硅太阳能电池的转换效率有很多，在其表面镀上一层或多层减反射膜只是其中的一种方法；还可以通过在其表面制绒，使照射在晶硅电池表面上的光多次反射，从而减少光损耗；还可以研究减少载流子损失的技术以及分析设计出可以最大化的减少电池内部电阻等方法[5]。因此，可以分析出进一步提高减反射膜的各个物理以及化学性能以及改进其制备过程中工艺技术必然是今后研究学者们研究的重点。在减反射膜的研究领域中还可以继续深入探讨几个方面：（1）探索新型的折射率低的材料，设计出新型的减反射膜系；（2）可以研究出更多种类掺杂减反射膜系并且根据研究出的不同掺杂减反射膜对太阳能电池转换效率的实际应用情况而确定最适合的减反射膜系；（3）研究减反射膜制造过程中工艺的改进，直至最后可以用最少的层数，最为简单﹑稳定的工艺，却可以获得较高性能的减反射膜系。相信通过研究学者们继续深入细致的研究探索，减反射膜将会有更广阔的的应用前景[6]。在当今社会中，电子工业和计算机的崛起是其已经是生活中必不可缺的一部分，因此显示器要防眩目防静电以及其视屏的保护将成为减反射膜应用的新领域，而且具有相当大的市场前景，它不仅能够有效提高电池的转化效率，而且能改善基体的各种物理和化学性能。
1.2 晶硅电池减反射膜的研究目的和意义
要提高晶硅太阳能电池的转换效率，制备减反射膜对其来说非常重要。晶硅太阳能电池表面面所吸收的太阳辐射能有一部分能量可以透射到电池内部从而直接被转换为电能，而还有一部分直接被反射掉了，能量损失相当严重。实际情况中，未镀减反射膜的晶硅太阳能电池表面对太阳光的反射率十分大，大约可以将入射到晶硅太阳能电池表面光的辐射能量额30%以上反射掉，造成了很大的光损耗[7]。因此研究学者们为了能够减小光的反射损失，实验了许多种方法。目前最为主要的方法有两种，第一种方法是将晶硅电池表面通过化学腐蚀成绒面，从而使入射光在晶硅电池表面多反射几次，减小能量的损失；第二种方法是在晶硅电池表面镀上一层或者多层光学性质匹配良好的减反射膜。因此减反射膜的设计直接会影响到晶硅电池对入射光的辐射能的吸收，对晶硅太阳能电池转换效率的提高起着非常重要的作用。
1.3 论文研究思路和技术方法
本论文将会以薄膜光学的基本理论为研究的基础，首先通过使用TFCalc软件仿真模拟出镀减反射膜前和镀减反射膜后的晶硅太阳能电池的反射率与入射波长的关系曲线，运用图像比较法，分析得出晶硅太阳能电池的最佳减反射膜系的选择，并且选定太阳光谱的中心波长对其膜系进行优化得出最佳的膜系参数。再根据以上得到最佳膜系的参数，利用PC1D软件继续仿真模拟出镀有减反射膜的晶硅太阳能电池的I-V曲线和其量子效率的关系图像曲线，比较分析出在晶硅太阳能电池镀双层减反射膜和单层减反射膜哪个更有优势[8]。
2. 晶硅电池减反射膜的总体设计方案
本章主要介绍了减反射膜的原理，叙述了论文总体设计方案，分为两大模块，分别是TFCalc软件的模拟仿真和PC1D软件的模拟仿真。从中分析出晶硅太阳能电池镀膜前后的转换效率的对比，最后确定晶硅电池的最佳膜系。如图2-1为系统设计框图。
图2-1 系统设计框图
2.1 减反射膜的简介
减反射膜是一种以光的波动性和光的干涉为理论基础，而设计出的光学镀层。当两道入射光振幅相同，波长相同，此时会发生光波叠加现象，使得光波的振幅增强。如果两道入射光的频率相同，相位差是定值，此时会发生光的干涉，即这两道光的光波会发生叠加现象也会发生互相抵消的现象[9]。
减反射膜又名为增透膜 ，它在工作中起的主要作用是在一定程度上减少或消除 各种镜面的表面的反射光，从而可以增加这些镜片的透光效果，以及消除一些杂散光。在光伏领域中，镀上减反射膜可以减少光的反射率，增加光能量的吸收，从而提高光电转换效率。
减反射膜是一种实际应用功能范围相当广的光学薄膜。因此，研究学者们至今仍在研究光学薄膜技术。薄膜技术研究的方向有很多，比如探寻一些新的折射率低的减反射材料，从而可以设计出全新的膜系；改善现阶段镀减反射膜的工艺流程，使其更为简单，所用材料也更为合理等一些列。从而能够最大限度的使减反射膜的效果达到最优[10]。
2.2 常用晶硅电池减反射膜的材料
晶硅太阳能电池是一种以硅片为基础的太阳能电池，其核心其实是半导体材料。而半导体材料的光学特性决定了其反射率，折射率以及透射率都比较大。因此，在实际生产晶硅太阳能电池时，我们必须采取一定的措施比如镀上减反射膜或者做几何陷光结构。而给晶硅太阳能电池镀减反射膜是相当重要的程序。
制备减反射膜的材料有很多，主要是根据其折射率的大小以及与晶硅材料光学性质的良好匹配来分析它的性质的优良。常见的减反射膜材料主要有MgF2、SiO、SiO2、ZnS、Al2O3、ZnS、SiN、Si3N4等[11]。
摘 要
本文是对晶硅电池减反射膜进行优化设计。利用TFCalc软件对晶硅电池的减反射膜进行了仿真模拟，模拟出晶硅电池减反射膜的单层膜、双层膜反射率与入射波长的关系曲线，并根据太阳光谱和晶硅的光谱响应选定中心波长对晶硅电池的减反射膜进行优化，这样可以得到减反射膜的最佳膜系参数，为晶硅电池的高转换效率提供了理论上的指导。本文还比较了几种常用的减反射膜材料在制备单层减反射膜和双层减反射膜时的膜系参数，以便更为精确的确定晶硅电池的最佳膜系。并且本文还采用PC1D软件模拟出了镀有减反射膜的晶硅电池的I-V曲线以及其量子曲线，进一步从理论上证明了镀减反射膜对晶硅太阳能电池的电池转换效率有很大提高。
查看完整论文请+Q: 3519,1607,2
关键字:字晶硅电池TFCalc减反射膜优化设计转换效率PC1D
目 录
1. 引言 1
1.1 晶硅电池减反射膜的研究现状 1
1.2 晶硅电池减反射膜的研究目的和意义 2
1.3 论文研究思路和技术方法 2
2. 晶硅电池减反射膜的总体设计方案 3
2.1 减反射膜的简介 3
2.2 常用晶硅电池减反射膜的材料 3
2.3 TFCalc模拟出最佳膜系参数 4
2.4 PC1D分析晶硅电池性能参数 4
2.5 本章小结 4
3. 膜系的优化设计 5
3.1 减反射膜的四分之一波长原理 5
3.2 单层减反射膜膜系优化设计 6
3.3 双层减反射膜膜系优化设计 10
3.4 TFCalc仿真结果总结 14
4. PC1D软件模拟仿真 15
4.1 模型的建立 15
4.2 I-V曲线 15
4.3 外量子效率曲线 17
4.4 PC1D仿真结果总结 19
结束语 20
参考文献 21
致谢 22
1. 引言
1.1 晶硅电池减反射膜的研究现状
在当今社会中，煤炭、石油、天然气等燃料正面临资源日趋枯竭的能源危机。而这种因为能源肆意开采使用使其正在逐渐影响整个人类的生活质量。而这些化石能源在人类使用它们的程中会产生严重的环境污染而发生十分严重的影响，比如温室效应等。在人类现在出现能源危机以及环境危机的情况下,太阳能作为一种清洁的、可再生能源必然会引起人类的关注[1]。
太阳能光伏发电就是将太阳辐射的能量即光能转化为电能的技术，它的本质是半导体物质的光电效应，即光生电。而现实生活中最常用的半导体材料是硅。晶硅硅太阳能电池是将太阳辐射的光能直接转化为电能的器件，但是由于硅在实际应用中存在一定的折射率，因此当太阳光照射在硅基体的电池片上时会有相当一部分的能量被反射而损失掉，因此这样会导致晶硅太阳能电池的光电转换效率不高[2]。而在晶硅太阳能电池上镀上减反射膜后，可以减少其反射率，因此研究减反射膜对于提高电晶硅电池的光电转换效率具有相当高的重要性。
太阳能光伏转化效率是目前光伏领域的重点研究方向之一。研究学者们为了更好的减少晶硅太阳能电池表面光的反射，从而增加能量的吸收，因此在其表面镀减反射膜是一个相对较好的研究选择方案之一。在日常生活中，减反射膜是一种使用十分广泛的一层或者多层光学薄膜层，并且在工业生产中以及军事领域等都有相当广泛的研究使用价值[3]。
减反射膜在实际应用中是使用最为广泛的一种光学薄膜镀层，长期处于薄膜光学中研究学者们至今仍然在对其做重点研究，当然研究学者们一直在不断的改进其材料，工艺等方面，但是其仍然存在很多很多的问题[4]。比如：（1）虽难减反射膜具有一定的抗反射效果，但是由于其长期在户外工作，从而导致薄膜可能会发生氧化等一些列微小的变化从而导致减反射膜的利用率并不高，光电转换效率达不到预期的效果。（2）提高晶硅太阳能电池的转换效率有很多，在其表面镀上一层或多层减反射膜只是其中的一种方法；还可以通过在其表面制绒，使照射在晶硅电池表面上的光多次反射，从而减少光损耗；还可以研究减少载流子损失的技术以及分析设计出可以最大化的减少电池内部电阻等方法[5]。因此，可以分析出进一步提高减反射膜的各个物理以及化学性能以及改进其制备过程中工艺技术必然是今后研究学者们研究的重点。在减反射膜的研究领域中还可以继续深入探讨几个方面：（1）探索新型的折射率低的材料，设计出新型的减反射膜系；（2）可以研究出更多种类掺杂减反射膜系并且根据研究出的不同掺杂减反射膜对太阳能电池转换效率的实际应用情况而确定最适合的减反射膜系；（3）研究减反射膜制造过程中工艺的改进，直至最后可以用最少的层数，最为简单﹑稳定的工艺，却可以获得较高性能的减反射膜系。相信通过研究学者们继续深入细致的研究探索，减反射膜将会有更广阔的的应用前景[6]。在当今社会中，电子工业和计算机的崛起是其已经是生活中必不可缺的一部分，因此显示器要防眩目防静电以及其视屏的保护将成为减反射膜应用的新领域，而且具有相当大的市场前景，它不仅能够有效提高电池的转化效率，而且能改善基体的各种物理和化学性能。
1.2 晶硅电池减反射膜的研究目的和意义
要提高晶硅太阳能电池的转换效率，制备减反射膜对其来说非常重要。晶硅太阳能电池表面面所吸收的太阳辐射能有一部分能量可以透射到电池内部从而直接被转换为电能，而还有一部分直接被反射掉了，能量损失相当严重。实际情况中，未镀减反射膜的晶硅太阳能电池表面对太阳光的反射率十分大，大约可以将入射到晶硅太阳能电池表面光的辐射能量额30%以上反射掉，造成了很大的光损耗[7]。因此研究学者们为了能够减小光的反射损失，实验了许多种方法。目前最为主要的方法有两种，第一种方法是将晶硅电池表面通过化学腐蚀成绒面，从而使入射光在晶硅电池表面多反射几次，减小能量的损失；第二种方法是在晶硅电池表面镀上一层或者多层光学性质匹配良好的减反射膜。因此减反射膜的设计直接会影响到晶硅电池对入射光的辐射能的吸收，对晶硅太阳能电池转换效率的提高起着非常重要的作用。
1.3 论文研究思路和技术方法
本论文将会以薄膜光学的基本理论为研究的基础，首先通过使用TFCalc软件仿真模拟出镀减反射膜前和镀减反射膜后的晶硅太阳能电池的反射率与入射波长的关系曲线，运用图像比较法，分析得出晶硅太阳能电池的最佳减反射膜系的选择，并且选定太阳光谱的中心波长对其膜系进行优化得出最佳的膜系参数。再根据以上得到最佳膜系的参数，利用PC1D软件继续仿真模拟出镀有减反射膜的晶硅太阳能电池的I-V曲线和其量子效率的关系图像曲线，比较分析出在晶硅太阳能电池镀双层减反射膜和单层减反射膜哪个更有优势[8]。
2. 晶硅电池减反射膜的总体设计方案
本章主要介绍了减反射膜的原理，叙述了论文总体设计方案，分为两大模块，分别是TFCalc软件的模拟仿真和PC1D软件的模拟仿真。从中分析出晶硅太阳能电池镀膜前后的转换效率的对比，最后确定晶硅电池的最佳膜系。如图2-1为系统设计框图。
图2-1 系统设计框图
2.1 减反射膜的简介
减反射膜是一种以光的波动性和光的干涉为理论基础，而设计出的光学镀层。当两道入射光振幅相同，波长相同，此时会发生光波叠加现象，使得光波的振幅增强。如果两道入射光的频率相同，相位差是定值，此时会发生光的干涉，即这两道光的光波会发生叠加现象也会发生互相抵消的现象[9]。
减反射膜
减反射膜是一种实际应用
2.2 常用晶硅电池减反射膜的材料
晶硅太阳能电池是一种以硅片为基础的太阳能电池，其核心其实是半导体材料。而半导体材料的光学特性决定了其反射率，折射率以及透射率都比较大。因此，在实际生产晶硅太阳能电池时，我们必须采取一定的措施比如镀上减反射膜或者做几何陷光结构。而给晶硅太阳能电池镀减反射膜是相当重要的程序。
制备减反射膜的材料有很多，主要是根据其折射率的大小以及与晶硅材料光学性质的良好匹配来分析它的性质的优良。常见的减反射膜材料主要有MgF2、SiO、SiO2、ZnS、Al2O3、ZnS、SiN、Si3N4等[11]。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/gdxx/457.html
