光伏能源產業(yè)近幾年來發(fā)展飛速,而太陽能電池是光伏能源技術中最重要的部分。硅基太陽能電池由于其性能穩(wěn)定、效率較高、原材料豐富等許多優(yōu)點,在太陽能電池市場中占據(jù)著重要地位。由于菲涅爾（Fresnel）反射的存在,裸露單晶硅在用于太陽能電池的表面時將反射掉約30%的太陽光,導致光能利用率很低,所以研究如何減少太陽能表面反射損耗,提高硅基太陽能電池的轉換效率具有重要工程應用價值。利用硅表面微結構實現(xiàn)減反射成為近年來該領域的研究熱點,表面微結構的減反特性與微結構參數(shù)密切有關。因此,在明確硅表面不同類型織構對可見光反射特性的基礎上,通過表面微結構的優(yōu)化設計進一步減少表面反射損耗,是提高硅基太陽能電池光電轉換效率的有效途徑�；诖�,本文研究了常見的三類簡單微結構的可見光（400-800 THz）反射特性,總結了不同類型表面微結構對不同頻段可見光的反射特性之間的關系,在此基礎上提出了硅基薄膜可見光減反的表面微結構設計方案。論文主要開展了以下三方面的工作:（1）系統(tǒng)研究了 6種表面凸起微結構（圓錐、圓柱、圓臺、四棱錐、四棱柱、四棱臺）對可見光的反射特性,分析了凸起結構的形狀及尺寸與其可見光反射特性之間的... 

【文章來源】：西安科技大學陜西省

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學位級別】：碩士

【圖文】：

能源消耗所占比例Figure1.1Theproportionofenergyconsumption

1緒論3貨的組件功率估計約為524GWp。計算得出，2017年，全球安裝組件功率達到403KMW，在2018年底達到505KMW。其對應的組件價格分別為0.34美元/Wp和0.24美元/Wp。由此有理由相信，隨著光伏技術的進步，太陽能電池效率的不斷增加以及成本的下降，距離光伏平價上網(wǎng)的日子已經(jīng)不遠了。圖1.2光伏組件單價與累積組件出貨量關系圖（來自ITRPV）Figure1.2Relationshipbetweenunitpriceofphotovoltaicmodulesandcumulativemoduleshipme1.2硅基太陽能電池簡介1.2.1硅基太陽能電池的優(yōu)勢太陽能電池的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段。“第一代”太陽能電池以硅片為基礎，其技術發(fā)展已經(jīng)成熟，然而硅材料占了太陽能電池的大部分成本[11]。為了降低成本，減少硅材料的使用，基于薄膜和多結的第二代和第三代太陽能電池發(fā)展起來了。但是由于其轉換效率和成本與晶硅電池相比仍不具備優(yōu)勢，限制了其在光伏市場的產業(yè)化應用。圖1.3是美國再生能源實驗室(NREL)匯總的從1975年到2019年來各類太陽能電池的最高效率，其中有最高效率達到46%的聚光多結太陽電池，以及近年來發(fā)展迅速且最高效率已經(jīng)達到22.7%的鈣鈦礦太陽能電池，而目前硅基太陽能的最高光電轉換效率已經(jīng)達到了26.6%。由于目前大部分高效太陽能電池均為實驗室數(shù)據(jù)，而硅基太陽能電池的最高轉換效率目前已經(jīng)達到較高水平，故短時間內還不會被其他商業(yè)電池所超過（例如銅銦鎵硒薄膜太陽能電池效率達到22.6%），因此硅基太陽能電池在未來的一段時間內將繼續(xù)主導光伏市常

西安科技大學全日制工程碩士學位論文4硅基太陽能電池之所以能獲得這樣廣泛的應用，除穩(wěn)定性能好、轉換效率較高的優(yōu)點外，還具有其它種類的太陽電池無法比擬的優(yōu)勢。硅元素在地球上的儲量豐富，位居第二，硅的克拉克數(shù)為25.8（以地球地殼表層存在元素的比例分數(shù)（克拉克數(shù)）來表示），轉換效率很高的砷化鎵(GaAs)中的鎵的克拉數(shù)僅為0.0015，在元素克拉克數(shù)排序三十位以外。銅銦鎵硒(CIGS)需要較多的元素In，但In的地表儲量非常小，克拉克數(shù)低于0.00001%。此外，碲化鎘中的鎘元素具有較大的毒性，可能對人居環(huán)境造成危害，應謹慎使用。從元素含量及保護環(huán)境的角度來說，硅基太陽能電池在各種材料中無疑是較佳的選擇。圖1.3從1975年到2019年不同種類太陽能電池的最高轉換效率（來自NREL）Figure1.3Thehighestconversionefficiencyofdifferenttypesofsolarcellsfrom1975to2019(fromNREL)1.2.2硅基太陽能電池的能量損耗引起硅基太陽能電池能量轉換損耗的主要原因有兩大類：光學損失和電學損失。具體的分類見圖1.4。光學損失有透過損失、柵線遮蔽損失和電池前表面的反射損失。硅的能帶寬度為1.124eV，入射光子能量如果低于這個帶隙能量就將直接透過材料，因此太陽能光譜中約有15%的光能無法用于光電轉換，這就形成了透過損失。柵線遮蔽損失指的是電池前表面的金屬柵線會對入射光接收面積產生影響，遮蔽面積比通常為5%-10%。此外，由于硅的折射率較高，在硅的響應光譜350nm-1150nm[12]波段內，硅的折射率值高達3.5～6.5，當太陽光照射至未經(jīng)處理的裸硅平面時，電池前表面的反射率高達35%，造成了光能的大量損失。對于太陽能電池的研究始終是為了實現(xiàn)提高效率和降低成本這兩個目標。

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3236602