太陽能電池應用方面的研究新進展

發布時間:2016-09-22      點擊:

太陽能作為可再生能源,因其具有較高的清潔性、安全性以及資源的充足性受到了社會的廣泛關注。合理有效地利用太陽能,可以減少使用非可再生能源、降低環境污染、提高可持續發展。

  人類對太陽能的利用形式可分為:光熱能轉換、光化學能轉換以及光電能轉換。其中,光電能轉換是將太陽光的光能轉換為電能。太陽能電池就是光電能轉換的代表。在眾多種類的太陽能電池中,硅太陽能電池因其較低的價格一直占據著市場的主要份額。但普通的平面結構硅太陽能電池的光電轉換效率較低,限制了其向民用領域的推廣。因此,提高硅太陽能電池的光電轉換效率、推動太陽能電池的產業化應用成為了眾多研究者努力的目標。

  微納結構具有獨特的光學特性,能夠有效地引導光的傳輸,并且易于制作,從而為新一代太陽能電池提供了新的研究思路。燕山大學徐朝鵬、郭經緯研究團隊將硅納米結構與等離激元技術相結合設計了一種頂部為硅納米錐陣列、底部為鋁納米半球陣列的硅太陽能電池(Optics Communications, 2016, 377, 104)。納米錐陣列能使太陽能電池上表面的折射率發生梯度變化,可以有效的提高對太陽光的耦合吸收。鋁金屬納米半球陣列通過等離激元效應同樣可以有效的提高太陽能電池的吸收效率。仿真結果表明:周期性硅納米錐陣列的參數為350納米的直徑和1.1的間距/直徑比;鋁納米半球陣列的參數為160納米的直徑和1.3的間距/直徑比。消除金屬納米半球的歐姆損耗,將700 nm厚的硅太陽能電池與這兩種納米結構相結合,在310-1127 nm太陽光譜范圍內獲得了72.928%的平均吸收率和33.311mA/cm2的短路電流。此短路電流比相同厚度下覆有Si3N4減反層的太陽能電池的短路電流提高了17.276%。且需要指出的是,這兩種納米結構利用現代加工工藝都是比較容易制備的。

基1.jpg

  此前,燕山大學徐朝鵬、郭經緯研究團隊已經研究了硅基不同納米結構在降低太陽能電池表面反射、提高太陽能電池吸收效率方面的應用(Optics Communications, 2015, 356, 526)。設計了三種納米結構:納米柱、納米錐以及納米倒錐陣列,仿真了這些納米結構對太陽光的反射與吸收,分析了納米結構對光傳輸影響的機理,并且與相同厚度的單晶硅的吸收效率進行了對比。研究結果表明:與相同厚度的單晶硅相比,錐狀與柱狀納米陣列由于有效折射率的影響,能夠有效地降低對太陽光譜的反射,提高對太陽光的吸收效率,在400-800 nm波長范圍內,錐狀與柱狀納米陣列結構對太陽光譜的平均吸收效率分別提高了28%與13.1%;而倒圓錐納米陣列與裸硅相比,不但不能有效地提高光吸收,且在630-800 nm波長范圍內其反射率卻會大大增加,這種結構可以用來減少紅外光譜的吸收。與柱狀、倒錐狀納米陣列相比,錐狀納米陣列的陷光增效性能。

基2.jpg
基3.jpg

  隨著現代加工技術水平的不斷提高,利用微納結構、等離激元效應以提高太陽能電池的光電轉換效率、降低太陽能電池制造的成本,成為了新的研究熱點。這也將為太陽能這種可再生能源的大規模產業化推廣奠定理論和技術基礎。

友情鏈接
地址:上海市金山區新材料工業園區B棟二層
電話:021-59188651 手機:13262525679
版權所有:上海昌貝納米材料科技有限公司
上海快3开奖 福建泰顺棋牌俱乐部 海南4+1 南方彩票 一凡网赚是真的假的 百度网赚平台是真的吗 网赚代理广告词 什么都不会怎么网赚 上海时时乐 做网赚新手先做什么