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1、太阳能电池毕业设计【篇一：太阳能电池模拟 毕业论文】 湖 北 大 学 本 科 毕 业 论 文 （设 计） 题 目 新型硅基薄膜太阳能电池器件设计和模拟 姓 名 彭 真 学 号22110521 专业年级06 电 科 指导老师 高云 职 称 教授 5 月 5 日 目 录 绪论 . 1 1 光伏太阳能电池原理 . 2 1.1 光电池电流电压特征 . 2 1.2 描述太阳能电池参数 . 3 1.3 影响太阳电池转换效率原因 . 4 2 模拟软件amps-1d介绍 . 6 3 单晶硅太阳能电池设计和模拟 . 8 3.1 单晶硅太阳能电池研究概况及单晶硅性质 . 8 3.2 设计和模拟结果 . 9 3.2
2、.1 单晶硅性能参数 . 9 3.2.2 单结型改变厚度 . 9 3.2.3 单结型改变掺杂浓度 . 12 3.2.4 改变结构 . 13 3.3 结论 . 14 4 多晶硅太阳能电池设计和模拟 . 15 4.1 多晶硅太阳能电池研究概况及多晶硅性质 . 15 4.2 设计和模拟结果 . 15 4.2.1 多晶硅性能参数 . 15 4.2.2 单结型改变厚度 . 16 4.2.3 改变掺杂浓度 . 18 4.2.4 改变结构 . 20 4.3 结论 . 21 5 非晶硅太阳能电池设计和模拟 . 21 5.1 非晶硅太阳能电池研究概况及非晶硅性质 . 21 5.2 设计和模拟结果 . 23 5.
3、2.1 非晶硅性能参数 . 23 5.2.2 p-i-n型设计和模拟 . 23 5.2.3 改变结构 . 29 5.3 结论 . 30 总结 . 31 参考文件 . 32 新型硅基薄膜太阳能电池器件设计和模拟 摘要 本论文首先介绍了太阳能电池光伏原理及其发展概况，并采取amps-1d软件模拟分析了单晶硅、多晶硅、和非晶硅太阳能电池光伏特征和器件结构关系。经过采取pn结和pin结两种基础结构，改变各层厚度和掺杂浓度，研究厚度和掺杂对太阳能电池转化效率、填充因子、短路电流和开路电压影响。经过优化提出最好电池结构设计。 【关键词】硅基太阳能电池 模拟 amps-1d the modelling an
4、d simulation of new-type silicon-based solar cell abstract this thesis briefly introduced the basic pv mechanism and the development in pv cell. amps-1d software was utilized to simulate the photovoltaic property of various device structures for single crystal si, poly-si and amorphous si solar cell
5、. all the parameters used in the simulations were obtained from the reported experimental data. the basis structures were pn and pin diodes. by varing the thickness and the doping concentration of various layers, the photoelectric conversation efficiency, fill factor, short circuit current and open
6、circuit voltage were studied. the best conversation efficiencies were obtained by optimizing the device structures. 【key words】 silicon-based solar cell, modelling, amps-1d simulation 绪论 自从1983年法国人贝克勒尔发觉“光生伏特效应”以来，历经100多年发展，太阳能电池技术已经发展成为了一个相当庞大学科，同时伴伴随产生了一个相当庞大产业链。 从产生技术成熟度来区分，太阳能电池能够分成： ? 第一代太阳能电池：
7、晶体硅太阳能电池 ? 第二代太阳能电池：多种薄膜太阳能电池，包含：非晶硅薄膜太阳能电池（a-si）、碲 化铬太阳电池（cdte）、铜铟镓硒太阳电池（cigs）、砷化镓太阳电池、纳米二氧化钛 染料敏化太阳能电池。 ? 第三代太阳电池：多种叠层太阳能电池、热光伏电池（tpv）、量子阱及量子点超晶 格太阳电池、中间带太阳电池、上转换太阳电池、下转化太阳电池、热载流子太阳电 池、碰撞离化太阳电池等新概念太阳电池。 其中，第一代太阳电池已经进入大规模产业化阶段，有部分种类已经实现量产，不过技术成熟程度还有待提升。第三代太阳电池是向着超高效率方向努力，含有真正突破现有技术瓶颈概念，不过现在这种电池还只是停
8、留在概念及理论设计阶段，甚至没有成型产品问世。 太阳电池从所使用材料来区分，又可区分为： 硅基太阳电池：以硅材料为基础材质，其中包含：单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池、非晶硅薄膜太阳电池、纳米硅薄膜太阳电池、微晶硅薄膜太阳电池、非晶硅/晶体硅异质结太阳电池。-族材料太阳电池：cdte太阳电池、cigs太阳电池。 -族太阳电池：gaas系列多结太阳电池、热光伏太阳电池。 染料敏化太阳电池：关键利用染料对于太阳电池光谱吸收可变性，和二氧化钛材料组装在一起，制备成可供多个吸收波段太阳电池器件。 有机材料电池：正在开发使用有机材料制备出类似叶绿素太阳电池。 假如历来料方面来评价太阳电池在未来地位，大家有
9、理由认为，只有硅基材料太阳能电池在未来最有可连续性。因为硅在地球上丰度为26%，仅次于氧属于世界上第二丰富材料，相比之下其它电池相关材料丰度全部有限，难以在太阳电池产业中形成支配性地位。所以，在未来世界太阳电池主流产品依旧为硅基太阳电池。 现在，因为使用了氮化硅反射膜技术，使得单晶硅太阳电池效率达成16.5%。而多晶硅电池使用了表面织构化技术、氮化硅减反射膜和表面钝化技术，其效率达成14.5%-15%。因为硅基太阳电池和半导体行业发展使得高纯硅材料供给空前担心，所以，主流太阳电池产业化技术进展关键是进行硅片超薄化，晶体太阳电池厚度已经降到了200-230um，在近几年内还将继续下降到180um
10、。如此薄硅片为太阳电池制备增加了难度，指制备技术有很大改善，包含新型水平清洗技术、链式扩散技术、硼背场技术、激光去边技术等等。而且，也要求整条生产线含有更高自动化水平，出现全自动生产线，以降低破损率。 太阳电池试验室技术也有了很大进展。澳大利亚华裔科学家赵建华保持了单晶硅太阳能电池最高纪录：24.7%。在这种太阳能电池技术中使用了倒金字塔结合双层减反射膜以降低表面反射；采取了硼背场结合背表面钝化技术降低背表面复合效应；采取了前后电极选择性扩散以降低以降低欧姆接触。经过这些技术改善才抵达这么高效率，这种效率已经很靠近晶体硅太阳电池理论效率。美国sunpower企业制备了一个将p型电极和n型电极全
11、部做在后面太阳能电池，大大提升了太阳电池效率，使得产业化太阳电池效率提升到20%以上。日本三洋企业用非晶硅pecvd技术和晶体硅衬底相结合太阳电池技术，制备出了hit太阳电池，其效率达成21%以上，大面积产业化效率达成19.3%。这种电池能够双面受光，制造成本较低。 本文关键用amps-1d（a one-dimensional device simulation program for the analysis of【篇二：有机太阳能电池封装技术毕业设计】 1有机太阳能电池概述 1.1 研究背景 伴随化石能源日益枯竭,可再生能源寻求已经迫在眉睫，太阳能作为一个取之不尽、用之不竭绿色能源受到了大
12、家关注。据统计，地球表面接收太阳能辐射达成全球需求能源一万倍，地球每平方米平均每十二个月受到辐射可发电289kw.h，在全球4%沙漠上装太阳光伏系统，就足以满足全球能源需求。所以光伏发电含有宽广发展空间。现在占光伏市场主导地位是单晶硅和多晶硅太阳能电池。不过,昂贵成本是限制无机太阳能电池深入发展关键原因。而且，中国多晶硅价格从去年最高超出300万元/吨，下降至现在大约120万元/吨。薄膜太阳能电池等因为成本低,市场份额快速扩大，这不仅对传统晶硅电池价格形成压制，同时在一定程度上降低了太阳能发电成本。 从20世纪70年代开始大家就越来越关注有机太阳能研制。在导电聚合物上研发利用取得很大进步，有机
13、半导体成为硅半导体替换品指日可待。机导电聚合物有其独特优势：有机分子能够经过加工，不需要得到晶体状无机半导体。尤其是聚合物半导体优越性是和廉价加工技术联络在一起。大量研究表明，导电聚合物是集多种性能于一身半导体材料。导电聚合物又称导电高分子,是经过参杂手段,能使得电导率在半导体和导体范围内聚合物.自1970年代第一个导电聚合物聚乙炔发觉以来,一系列星星导电聚合物相继问世.常见导电聚合物有聚乙炔,聚噻吩,聚吡咯,聚苯胺,聚苯撑,聚苯撑乙烯,和聚双炔等.有机薄膜聚合物快速发展，为有机薄膜太阳能电池发展，提供有力支持。机薄膜太阳能电池也是一个薄膜器件，现在多种成熟薄膜制造技术为有机薄膜太阳能电池发展
14、提供技术保障。有机聚合物太阳能电池含有可反复利用，质量轻，柔性强，对环境无污染，低成本，制作过程简易快速等优点。 2.8%提升到5.5%。,do等6报道了效率高达8.62%反型结构叠层太阳能电池,关键釆用了更高效低带隙材料作为子电池活性层。,you等7继续优化低带隙聚合物并釆用dou等所报道器件结构,制备叠层太阳能电池效率首次突破10% (达成10.6%)。 1.2 有机太阳能电池基础结构 1.2.1单层有机太阳能电池器件 单层太阳能电池是由一层同质单一极性有机半导体嵌入电极之间而组成电池器件，图1-1(a)，其结构为:玻璃基片/电极/同质活性层/电极，阳极通常是ito，阴极通常是功函数低金属
15、al，ag，ca，mg等。在有机单层器件中，两个电极功函数差异造成内建电场是激子解离为电子和空穴关键驱动力，然而，内建电场通常不足以将有机材料激子解离，所以激子解离效率极低。从而造成单层结构光电转换效率很低。 1.2.2双层异质结有机太阳能电池器件 双层异质结有机太阳能电池给体和受体材料分层于阴极和阳极两个电极间组成平面型d-a界面，图1-1(b)，其结构为：玻璃基片/阳极/给体材料/受体材料/金属阴极，在双层异质结太阳能电池器件中电荷分离关键驱动力是给体和受体lumo能极差（给体和受体界面电子势垒）。在界面处较大势垒更有利于激子解离。和单层器件对比，双层异质结器件优点在于提供愈加好电子空穴通
16、道。电子和空穴分别在n型受体材料中和p型给体材料中传输，使电荷分离效率增大，自由电荷重新复和率减小。 1.2.3 体异质结有机太阳能电池器件 本体异质结有机太阳能电池给体和受体在活性层中是充足混合，d-a界面存在于整个活性层。图1-1(c)，其结构为：玻璃基片/阳极/混合活性层材料/金属阴极，和双层异质结相同，全部是用d-a界面效应来转移电荷。区分在于本体异质结在整个活性层产生电荷分离，而双层异质结只在界面处产生电荷分离，所以本体异质结器件中激子解离效率较高，复合概率较小，本体异质结有机太阳能电池活性层材料形貌和受体/给体混合程度，对光电流产生和能量转换效率有很大影响。粒径尺寸太大会降低电荷分
17、离效率，太小会阻碍电荷传输，所以，优化材料粒径大小能够很好提升电荷分离效率和输运效率。 二元体异质结有机太阳能电池活性层材料中包含一个给体材料和一个受体材料，而近研究发觉三元有机太阳能电池包含两种给体材料和一个受体材料或两种受体材料一个给体材料，能够扩展宽带隙聚合物材料吸收光谱至近红外区域，这种方法简单有效。和传统二元体系有机太阳能电池相比，三元有机太阳能电池含有一定优势。经过合理设计，在主体系中引入合适第三种材料，有源层能级和吸收光谱能够得到调整。能级调整有利于提升有机太阳能电池开路电压，进而提升电池光电转换效率，一样，有源层吸收光谱扩展能够增大其对太阳光子捕捉，提升短路电流。另外，级联能级
18、结构能够促进载流子传输，形貌改善有益于激子解离和载流子搜集，能量传输能够辅助激子解离，提升激子解离效率。综合利用三元有机太阳能电池这些优势，提升对三元有机太阳能电池机理了解，将有利于推进有机太阳能电池发展。 1.2.4 叠层结构有机太阳能电池器件 叠层结构有机太阳能电池器件是将多个单元器件串联做成一个器件，从而最大程度吸收太阳光谱，使电池开路电压和效率得到提升。图1-1(d)，其结构为：玻璃基片/阳极(透明)/活性单元结构1/连接层/活性单元结构2/阴极（背电极），太阳光谱能量分布很宽，而通常材料吸收范围全部是有限， 单一材料只能吸收部分太阳光谱能量。叠层结构电池利用不一样种类材料不一样光谱吸
19、收范围，提升对太阳光谱吸收，从而提升效率。因为串联原因，叠层结构电池开路电压通常大于其子单元结构开路电压，其转换效率关键受到光生电流限制。所以，愈加好选择各子电池能隙宽度和厚度是叠层结构电池设计关键，确保各个子电池之间欧姆接触，从而得到高转换效率。 (a)(b) (c) (d) 图1-1 有机太阳能电池结构 1.3 有机太阳能电池工作原理 有机太阳能电池基础原理是光生伏特效应。器件活性层吸收光,并经过光电效应将其转化为电能。有机异质结活性层通常是由n型(电子传输有利)和p型(空穴传输有利)两种不一样类型导电材料组成。当能量大于禁带宽度光入射到太阳能电池器件上时,器件活性层材料会吸收入射光,入射
20、光子会激发产生不平衡电子-空穴对, 即激子，图1-2(a)。激子在薄膜内会进行自由扩散。当激子扩散至异质结处时,因为内建电场作用,激子发生解离,p型材料电子进入到n型材料,n型材料空穴进入到p型材料，图1-2(b)。p型材料积累空穴和n型材料积累电子产生了由p型材料指向n型材料电场,这个电场方向和内建电场方向相反,在平衡时场强和内建电场相等,这就是光生伏特效应。在生成载流子以后,电子和空穴分别在n型材料和p型材料传输。最【篇三：太阳能光伏电源毕业设计】 学生毕业设计（论文） 题 目 太阳能光伏电源毕业设计 学 院 兰州职业技术学院 专 业 光伏材料加工和应用 班 级 级光伏（2）班 姓 名 康
21、国鹏 学 号 指导老师 完成日期 月 目 录 摘要 . abstract . 1 绪论 . 1 2太阳能光伏电源系统原理及组成 . 2 2.1太阳能电池方阵 . 2 2.1.1太阳能电池工作原理 . 3 2.1.2 太阳能电池种类及区分 . 3 2.1.3太阳能电池组件 . 3 2.2 充放电控制器 . 4 2.2.1充放电控制器功效 . 5 2.2.2 充放电控制器分类 . 5 2.2.3 充放电控制器工作原理 . 6 2.3蓄电池组 . 7 2.3.1太阳能光伏电源系统对蓄电池组要求 . 7 2.3.2铅酸蓄电池组结构 . 8 2.3.3铅酸蓄电池组工作原理 . 8 2.4直流-交流逆变器
22、 . 9 2.4.1逆变器分类 . 9 2.4.2太阳能光伏电源系统对逆变器要求 . 10 2.4.3逆变器关键性能指标 . 10 2.4.4逆变器功率转换电路比较 . 12 3太阳能光伏电源系统设计原理及其影响原因 . 15 3.1太阳能光伏电源系统设计原理 . 15 3.1.1太阳能光伏电源系统软件设计 . 15 3.1.2太阳能光伏电源系统硬件设计 . 16 3.2太阳能光伏电源系统影响原因 . 18 4太阳能应用及在中国分布情况.19 5 总结 . 21 致谢 . 参考文件 . 摘要 光伏发电是利用半导体界面光生伏特效应而将光能直接转变为电能一个技术。这种技术关键元件是太阳能电池。太阳
23、能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积太阳电池组件，再配合上蓄电池组，充放电控制器，逆变器等部件就形成了光伏发电装置。本文首先介绍了太阳能光伏电源系统原理及其组成，初步了解了光生伏打效应原理及其模块组成，然后深入研究各功效模块工作原理及其在系统中作用，最终依据理论研究结果，利用硬件和软件相结合方法设计出太阳能光伏电源系统，和研究系统影响原因。 关键词：光生伏特效应；太阳能电池组件；蓄电池组；充放电控制器；逆变器 topic： the design of photovoltaic power abstract photovoltaic power generation is a technol
24、ogy of being energy directly into electrical energy on semiconductor photo-voltaic effect .the key components of this technology is the solar cell. solar cells in series can be formed after the package to protect a large area of solar cells, together with the battery, charge and discharge controller
25、, inverter and other components to form a photovoltaic device. this paper introduces the principle of solar photovoltaic power system and its components, a preliminary understanding of the principle of photovoltaic effect and its modules, and then further study the working principle of each function
26、al module and its role in the system, the final results of theoretical studies based the use of hardware and software combination designed a solar photovoltaic power systems, and study the impact of system factors. keywords ： photo-voltaic effect； solar cells； batteries; charge and discharge control
27、ler; inverte 1 绪论 人类社会进入二十一世纪，正面临着化石燃料短缺和生态环境污染严重局面。廉价石油时代已经结束，逐步改变能源消费结，大力发展可再生能源，走可连续发展道路，已逐步成为大家共识。 太阳能光伏发电含有独特优点，多年来正在飞速发展。太阳能电池产量年增加率在40%以上，已成为发展最快速高新技术产业之一，其应用规模和领域也在不停扩大，从原来只在偏远无电地域和特殊用电场所使用，发展到城市并网系统和大型光伏电站。 尽管现在太阳能光伏发电在能源结构中所占百分比还微不足道，不过伴随社会发展和技术进步，其份额将会逐步增加，能够预期，到二十一世纪末，太阳能发电将成为世界能源供给主体，一个
28、光辉太阳能时代将到来。 中国光伏产业发展极不平衡，太阳能电池产量已经超出日本和欧洲而居世界第一，然而光伏应用市场发展却很缓慢，光伏累计安装量大约只占世界1%，应用技术水平和国外相比还有相当大差距。光伏产品和通常机电产品不一样，必需很据负载要求和当地气象、地理条件来决定系统配置，因为现在光伏发电成本较高，所以应进行优化设计，以达成可靠性和经济性最好结合，最大程度发挥光伏电源作用。 为了提升太阳能转换效率，获取更多有效能源，满足人类能源供给，世界各国在研究太阳能光伏系统中全部投入了大量人力和物力。中国对太阳能光伏电源系统研究还处于世界低等水平，产品性能还有待提升，为迎接未来能源短缺带来严峻挑战，我们应该加大对太阳能光伏系统研究，以满足人类未来对能源需求。 本文从理论出发，叙述了太阳能光伏电源原理及其组成结构；结合科研实际，应用硬件和软件结合方法，设计了简易太阳能光伏电源模拟系统。依据这个简易系统研究分析了太阳能光伏电源影响原因，合理优化了系统配置，以提升系统性能，最终提升了太阳能转换效率。 系统设计背景 所谓光伏电源系统，就是利用太阳电池半导体材料光生伏特效应，将太阳光辐射能直接转换为电能一个新型发电系统。 “光生伏特效应”，简称“光伏效应”。指光照使不均匀半导体或半导体和金属结合不一样部位之间产生电位差现象。它首先是由光子（光波）转化为电子、光能量转化