提高太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的研究.pdf

1、晶體硅太陽能電池目前在光伏市場上占據(jù)著統(tǒng)治地位，不斷提高其光電轉(zhuǎn)換效率一直是人們追求的目標(biāo)。在限制電池性能的諸多因素中，短波段較低的光譜響應(yīng)特性是一個不能忽視的方面。由于短波光子的高反射率和在硅材料中的低穿透深度，使得他們難以在電池中激發(fā)出有效的電子空穴對。解決這個問題的一個思路是利用光譜下轉(zhuǎn)換效應(yīng)將短波光子轉(zhuǎn)換為長波光子，改善晶體硅電池在短波段的光譜響應(yīng)特性，從而提高光電轉(zhuǎn)換效率。
　　論文選擇在LED行業(yè)廣泛應(yīng)用的摻有稀土元素

2、鈰的釔鋁石榴石(YAG∶Ce)熒光粉作為光譜下轉(zhuǎn)換材料，在熒光粉顆粒和薄膜的制備工藝、熒光粉顆粒對單晶硅電池的影響、YAG∶Ce薄膜對電池的影響以及利用表面等離子激元改善光譜下轉(zhuǎn)換電池四個方面進行了研究，具體內(nèi)容如下:
　　采用高溫固相反應(yīng)法成功制備了YAG∶Ce熒光粉。X射線衍射分析表明熒光粉具有良好的結(jié)晶質(zhì)量，可以將波長在480 nm以下的紫外和藍(lán)光轉(zhuǎn)換為波長在500 nm以上的可見光。采用磁控濺射的方法制備了YAG∶Ce薄膜

3、，通過高溫退火工藝改善了薄膜的結(jié)晶質(zhì)量和發(fā)光性能。通過比較不同厚度的YAG∶Ce薄膜的透光性能，確定了用于單晶硅太陽能電池的薄膜制備工藝。
　　通過旋涂方式將YAG∶Ce熒光粉顆粒直接涂覆于單晶硅太陽能電池表面，實現(xiàn)了紫外和藍(lán)光波段光譜響應(yīng)的提高。在200-500 nm的波段范圍內(nèi)，光生載流子數(shù)量增長了8.31％，在200-1100 nm波段內(nèi)其增長率也達到了1.15％，太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率從15.30％提高到15.46％。通過對

4、實驗結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn)，YAG∶Ce熒光粉顆粒的引入可以改善短波段的光譜響應(yīng)特性，但同時也破壞了電池原有的陷光結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致表面反射的上升，使得最終的光電轉(zhuǎn)換效率提高的幅度不明顯。
　　為了降低引入熒光粉帶來的表面反射，論文設(shè)計了一種低反射光譜下轉(zhuǎn)換太陽能電池結(jié)構(gòu)。將YAG∶Ce薄膜沉積在石英片的下表面，與EVA膠膜和電池片封裝在一起，獲得了很好的結(jié)果。單晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率從18.45％提升到19.27％，相對增長了4.44％。改善

5、的原因是由于這種結(jié)構(gòu)降低了短波段的表面反射，使得光譜下轉(zhuǎn)換效應(yīng)體現(xiàn)得更加明顯。
　　論文還研究了利用表面等離子激元改善YAG∶Ce對單晶硅太陽能電池的促進作用。通過比較不同金屬材料、不同薄膜厚度和不同退火溫度對納米金屬顆粒光學(xué)性能的影響，確定了合適的材料種類和制備工藝參數(shù)。實驗發(fā)現(xiàn)，納米金屬顆粒的共振波長與YAG∶Ce吸收光譜的匹配會顯著提高YAG∶Ce的發(fā)光性能。然而，由于受到制備工藝的限制，所設(shè)計的包含有銀納米顆粒的光譜下轉(zhuǎn)換