【摘要】：鈣鈦礦太陽能電池由于其優(yōu)異的本征材料特性和巨大的效率提升潛力,近十年間,轉(zhuǎn)換效率已從3.8%提高到22.7%,被認(rèn)為是未來最重要的太陽能電池材料之一,為進一步提高其轉(zhuǎn)換效率,鈣鈦礦疊層電池成為該領(lǐng)域最重要的發(fā)展方向。傳統(tǒng)硅基鈣鈦礦疊層太陽能電池頂電池和底電池面積相同,由于鈣鈦礦頂電池對太陽光的“過濾”作用,使疊層太陽能電池中硅電池轉(zhuǎn)化效率大幅降低。針對上述問題,本文提出了一種聚光硅基鈣鈦礦疊層太陽能電池,在傳統(tǒng)硅基鈣鈦礦太陽能電池的基礎(chǔ)上,引入聚光結(jié)構(gòu),通過聚光技術(shù)提高底層硅電池的光能密度,從而彌補頂電池對太陽光的“過濾”作用導(dǎo)致的底電池效率下降,同時通過聚光技術(shù)減少底電池的使用面積,達到降低疊層電池成本的目的;其次,通過建立聚光硅基鈣鈦礦疊層太陽能電池精細(xì)平衡極限效率模型,對提出的疊層電池極限效率進行了分析。結(jié)果顯示:當(dāng)聚光倍數(shù)為1000時,聚光硅基鈣鈦礦疊層太陽能電池極限效率可達45.82%,相比于單結(jié)鈣鈦礦、單結(jié)硅和非聚光硅基疊層電池太陽能電池的效率分別上升了47.81%、38.85%、6.85%。與此同時,建立了聚光硅基鈣鈦礦疊層太陽能電池的多層膜系太陽光傳輸特性分析模型,編制了MATLAB程序,研究了鈣鈦礦吸收層厚度和不同透明電極材料對聚光疊層電池太陽光能量傳輸特性的影響;結(jié)果表明,鈣鈦礦頂電池的吸收率隨著吸收層厚度的增加而增加,同時也會降低硅底電池的入射能量,太陽光能量可通過改變吸收層厚度在疊層電池進行優(yōu)化分配,而不同的電極材料主要影響疊層電池近紅外反射率。最后,基于SCAPS太陽能電池模擬軟件,建立了基于聚光硅基鈣鈦礦疊層太陽能電池的光電耦合模型,分析了不同吸收層厚度、聚光比等參數(shù)對實際聚光硅基鈣鈦礦疊層太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率的影響,獲得了聚光疊層太陽能電池最優(yōu)轉(zhuǎn)化效率下電池結(jié)構(gòu)參數(shù)。結(jié)果表明:當(dāng)吸收層厚度為550nm時,硅基鈣鈦礦疊層電池轉(zhuǎn)換效率可達到最高25.69%;電池轉(zhuǎn)換效率隨著聚光比的增大而增大,當(dāng)聚光比為1000時,疊層電池總效率可達到28.63%。綜上所述,本論文提出了一種進一步提高硅基鈣鈦礦疊層太陽能電池轉(zhuǎn)換效率、降低電池成本的有效方法,并從理論上研究了該方法的可行性,對發(fā)展高效低成本太陽能發(fā)電技術(shù)具有一定的理論指導(dǎo)價值。
【圖文】：

性而取得了非凡的進展。鈣鈦礦太陽能電池是一種以新型鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料作為光材料的新型太陽能電池,其典型的帶隙約為 1.55 eV[16], 具有消光系數(shù)高的特其可在幾百納米厚的材料中充分吸收帶隙范圍內(nèi)的太陽光, 在光伏發(fā)電領(lǐng)域具有重要的發(fā)展前景和研究意義[17].

圖 1.3 鈣鈦礦結(jié)構(gòu)示意圖鈣鈦礦太陽能電池一般主要由以下五部分組成：前電極、電子傳輸層、鈣鈦礦吸收層、空穴傳輸層、背電極。以 FTO/TiO2/CH3NH3PbI3/Spiro-OMeTAD/Au 結(jié)構(gòu)的太陽能電池為例，F(xiàn)TO 為前電極，TiO2為電子傳輸層，，CH3NH3PbI3為電池吸收層，Spiro-OMeTAD 為空穴傳輸層，Au 為背電極。其工作原理如圖 1.3 所示，首先，入射光線照在 FTO 上，一部分光線透射進入鈣鈦礦吸收層，鈣鈦礦吸收層吸收光線后，光子受激會產(chǎn)生電子-空穴對，被激發(fā)的自由電子移動到電子傳輸
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM914.4

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