【摘要】：太陽能由于在緩解當前的能源危機和環(huán)境污染問題上的優(yōu)勢,被認為是最具前景的可再生能源之一。太陽能電池可以直接進行光電轉換將太陽能轉換為電能,但是目前并沒有得到廣泛的應用,究其原因主要是太陽能電池的生產成本過高和轉換效率過低。因此,在未來的研究中,提高太陽電池的轉換效率和降低成本是研究的主要目標。而微納結構減反膜的應用能夠及大地減小光在電池前表面的反射,從而提高太陽能電池的光電轉換效率。因此在太陽能光伏產業(yè)中,對微納結構減反膜的研究和應用具有十分重要的意義。本文以太陽能電池的微納結構減反膜為研究對象,從形態(tài)和制備方法上分別改進設計出了仿生河豚皮膚納米刺聚合物減反射膜,以及模板復制與聚二甲基硅氧烷(PDMS)收縮相結合制備減反射膜的工藝方法。并對所得的實驗樣品的光學減反特性和太陽能器件的電學性能進行了研究。本文的主要研究內容和結果如下:第一,我們采用時域有限差分方法(FDTD)方法設計了仿生苯環(huán)型河豚皮膚納米刺(DSNT)結構,采用非接觸無掩模直接激光刻寫光刻工藝制作,通過調節(jié)激光功率來減小晶硅太陽能電池的上表面反射,使DSNT高度最大化。采用軟壓印技術將環(huán)氧樹脂DSNT薄膜從光刻膠模板轉移到平面Si基底的表面。我們研究了硅襯底中苯環(huán)型環(huán)氧樹脂DSNT薄膜的反射率。苯環(huán)型環(huán)氧樹脂DSNT薄膜顯著降低了硅襯底的上表面反射。除減反射性能外,我們發(fā)現環(huán)氧樹脂DSNT薄膜具有疏水性和自清潔能力。因此,在晶硅太陽能電池的頂部添加環(huán)氧樹脂DSNT薄膜,可以有效減少其上表面的反射。另外,實驗測量的光電特性一致表明,環(huán)氧樹脂DSNT薄膜可以顯著地抑制晶硅太陽能電池的上表面反射損耗,從而顯著改善光電轉換效率(PCE),因此,環(huán)氧樹脂DSNT薄膜可以作為當下降低光電器件上表面反射的良好選擇。第二,為了簡化晶硅太陽能電池減反膜的制作工藝,我們提出了一種具有低反射損失的減反膜的制備方法。使用激光直寫光刻方法制備六角密排微米柱陣列模板,將微米結構圖案模版復制到預先拉伸的透明PDMS薄膜上,在應力釋放后,PDMS收縮使得微米織構圖案的周期減小、深寬比提高,并且產生了一些納米褶皺結構。實驗結果顯示:與未收縮微米結構的減反膜相比,收縮的微納結構減反膜將太陽能電池在300-1000 nm入射光范圍的反射率從15.5%減小到13.24%,相對反射率降低了17.1%,太陽能電池相對光電轉化效率提高了5.51%。另外,所制備的微納結構PDMS減反膜可以提高太陽能電池表面的疏水性和自清潔能力。
【圖文】：

第一章 緒論研究背景由于人口增長和工業(yè)發(fā)展，世界能源需求顯著增加。值得注意的是，世界人口在一代人的時間里增加了 20 億，而發(fā)展中國家的人口增長占了很大比例[1]。因此，預防能源危機已成為了 21 世紀世界性重要問題之一�；剂夏壳耙廊皇鞘澜缒茉唇Y構的主體部分，并且通常用于滿足世界的能源需求。圖 1-1 為全球燃料一次性能源消耗對比圖�？梢钥闯�，石油、煤炭和天然氣等化石燃料仍然是世界各國的燃料功能主體。而可再生能源在能源結構的占比不大。

能電池原理原理統(tǒng)的太陽能利用主要是利用光熱效應供暖，而太陽能光伏是太陽能形式。光伏是太陽能光伏發(fā)電的縮寫。光伏發(fā)電的重要器件是太陽電池可以被認為是由 P 型半導體和 N 型半導體的組合構成的 PN 原理如圖 1-2 所示。太陽能電池的光伏效應原理主要分為三個過程射吸收過程、電子-空穴對激發(fā)過程以及光生載流子分離過程。首射太陽能電池的表面，并且透射的光量子能量積聚在電池內的半導光子的能量高于半導體材料的禁帶寬度 Eg時，這些光子可以在半子空穴。在電池中的 p 型半導體區(qū)域中產生大量的電子-空穴對。電源，在 p-n 結的內建電場的影響下，帶負電的電子移動到 n 型半穴則保留在 p 型半導體區(qū)域中。當接通外部電路后，，電子沿電路從動到 p 型區(qū)，形成電流。
【學位授予單位】：溫州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM914.4

【參考文獻】

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本文編號：2594677