納米硅太陽電池優(yōu)化設(shè)計(jì)及I-V方程顯式求解研究.pdf

1、氫化納米晶Si(nc-Si:H)薄膜,是制作高效率太陽電池的關(guān)鍵。本論文分析了影響p+(nc-Si)/i(a-Si)/n(c-Si)異質(zhì)結(jié)太陽電池性能的主要因素,包括納米硅薄膜的禁帶寬度、摻雜濃度、本征層厚度以及背電場。研究結(jié)果表明,當(dāng)納米硅薄膜中摻雜濃度提高時,該層大部分區(qū)域電場強(qiáng)度變大,短路電流和開路電壓增大,有利于提高電池轉(zhuǎn)換效率,最后確定p層的摻雜濃度最好大于1×1018cm-3。當(dāng)i層厚度大于30nm時,電池的填充因子FF會急

2、劇下降,同時影響轉(zhuǎn)換效率η降低,優(yōu)化后的最佳厚度為10nm。最后研究了非晶硅背電場對提高電池效率的作用,引入厚度為10nm的a-Si:H(n+)背面場后,電池轉(zhuǎn)換效率由21.677％提高到24.163%。
　　AMPS軟件是基于理想情況下,根據(jù)用戶設(shè)定的每一層材料性質(zhì)及器件邊界條件,通過Poisson方程和載流子連續(xù)性方程,計(jì)算出電池的I-V特性曲線等各種性質(zhì)。但是實(shí)際工作環(huán)境中,電池模型會更加復(fù)雜,而且AMPS軟件的功能有限,只

3、能對電池內(nèi)部的物理特性進(jìn)行模擬。后兩章從I-V方程求解的角度,介紹了另外一種電池仿真模型。一般參考資料中給出的太陽電池I-V方程屬于超越方程,電壓電流無法通過初等函數(shù)表示出來,所以計(jì)算時要用到一些近似的方法,否則計(jì)算和推導(dǎo)過程會非常復(fù)雜。為了簡化分析計(jì)算過程,第四章將LambertW函數(shù)加入到太陽電池I-V方程中,得到顯式方程,并使用MATLAB軟件建模。最后給出了4組電池組件的數(shù)據(jù),分別使用隱式和顯式公式,計(jì)算繪制出電池I-V曲線,結(jié)

4、果證明兩種表達(dá)方式差異很小。
　　第五章介紹了如何根據(jù)太陽電池顯式方程,推導(dǎo)出最佳負(fù)載公式。根據(jù)隱式表達(dá)式推導(dǎo)的計(jì)算過程非常復(fù)雜,而且公式中包含最大功率電流和電壓項(xiàng),使最佳負(fù)載值不能直接計(jì)算出來。但是根據(jù)最佳負(fù)載的定義,通過電壓、電流的顯式方程可以很快推導(dǎo)出其表達(dá)式,并根據(jù)參數(shù)直接求得最佳負(fù)載值。計(jì)算得到nc-Si/c-Si太陽電池的最佳負(fù)載Rlmp=6.67Ω。最后討論了電池的串并聯(lián)電阻、理想因子、光生電流和反向飽和電流對最佳負(fù)