表全世界能源资源情况太阳内部每时每刻都在发生热核聚变反应，进行质能转换，向宇宙辐射的总功率约为，投射到地球大气层之前的功率密度约为，到达地表的功率密度仍有。如果太阳辐射维持不变，则太阳半衰期寿命还有年以上，可以说太阳能是取之不尽用之不竭的天赐能源。我国陆地以上地区的年日照时数大于，太阳能相当丰富。目前，太阳能的利用主要有太阳电池发电和太阳能热水器制热。太阳能发电分为太阳光能发电和太阳热能发电两大类。太阳光能发电是通过太阳电池将太阳能直接转换成电能的系统，又称作光伏系统。太阳热能发电是将太阳热能储蓄在热介质中产生水蒸气以推动蒸汽轮机发电的系统。由于太阳热能发电系统的集热装置和太阳跟踪装置均较复杂且尚未实用化，而太阳电池发电与其他发电方法相比具有无振动无噪声无污染的特点，如表所示，因此太阳热能发电得到种类探明可采储量年产量可采年数煤年年石油桶年桶年天然气年年西华大学毕业论文广泛使用。表各种发电方法产生大气污染物的量发电方法煤石油天然气原子能风力水力太阳能污染物太阳电池技术的发展历史太阳电池源于光生伏特效应，是指光照使不均匀半导体或者半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象，于年，由发现，年爱因斯坦用光子概念进行了成功的理论解释。光伏效应存在于所有的金属和非金属材，理论上金属太阳电池的光电转换效率不会高于，因此，各国都将太阳电池的发展重点放在非金属及具有半导体特征的化合物上。和为最早的太阳能光电领导厂商，年研究的太阳能装置，虽接近实用目标，但费用偏高。后来受两次世界大战以及石油及水电等能源被大量使用，太阳能应用研究被放缓。直到年，二战后的经济复苏阶段，由于石油资源的逐渐减少，各国重启太阳能研究。年美国贝尔实验室首次制作出硅基太阳电池，次年美国无线电公司开始进行太阳电池的开发，美国波音公司在年通过其子公司，专门从事太阳电池的研发，并于年在探险家六号卫星上搭载该公司生产的太阳电池，作为主要电力来源。俄国科学家于年前后提出半导体异质接面概念，并率领研究团队于年首次制作了具有异质接面的太阳电池，而成为俄国科学院副院长。年月爆发的中东战争，使各国进步了解能源的重要性和调整能源结构的必要性。同年底美国政府率先制定了阳光发电计划。至此，太阳能应用也由不计成本的卫星用途，转向地面发电装置。最初，太阳能发电首选西华大学毕业论文偏远地区。年建成当时全球最大的太阳能灯塔。年，率先将太阳电池商品化。年后，由于德美日等国家采取多种措施鼓励发展太阳能发电装置，太阳电池的商业化开始提速。年后全球光伏电池增速进步加快，仅年安装规模就达到，预计年将达到，成为继风电之后发展最快的新能源产业。从全球范围来看，光伏技术发展正在朝着低成本低能耗低污染的方向发展。以日本为例，该国对太阳能技术的提升有明确的目标，如表和表所示。表日本太阳电池模组转换效率目标单位注内为电池转换效率目标太阳电池种类现况年年年多晶硅电池薄膜电池系电池超高效率电池染料薄膜电池表日本技术开发目标项目现况达成年年开发目标达成年降低模组制造成本生产成本日元年预期发展日元年日元年日元年日元年提升模组耐久性寿命年寿命年原料消耗指标化硅圆年变频器日元日元年蓄电装置日元日元年西华大学毕业论文以硅片为载体的光伏电池制造技术，其理论极限效率为，按目前技术路线，提升效率的难度已经非常大。薄膜太阳电池由于具有大面积沉积低材料消耗及可在低成本基板上制作，有较大的成本下降潜力的优点，其发展前景非常看好，成为近阶段发展研究的重点。而薄膜电池的最大机遇是在建筑上应用，包括商业工业和住宅市场。由于薄膜技术固有的灵活性电压和短路电流的乘积决定，通过对照表的数据可以得出如图所示的结果。图受主型杂质浓度与填充因子间的关系西华大学毕业论文施主型掺杂对太阳能电池性能影响的分析图施主型杂质典型浓度载流子分布图通过与图对比可以知道，两种掺杂的载流子分布刚好相反，掺入施主型杂质时，在层内，空穴浓度大于电子浓度，在层和层内，电子的浓度大于空穴浓度。图施主型杂质典型浓度能级图与图对比可以知道，掺入施主型杂质时，导带在层和层区域内的导带能级更接近费米能级，价带的能级更远离费米能级。且在界面处有大的能级变化。西华大学毕业论文图施主型杂质浓度与短路电流密度间的关系如图所示随着掺杂浓度的提高，短路电流密度不断的下降，图形所示结果与式所描述结果完全吻合。图施主型杂质浓度与开路电压间的关系如图可知，随着施主型杂质浓度的升高，太阳能电池的开路电压不断的降低。该变化趋势与式所描述结果样。西华大学毕业论文图施主型杂质浓度与转换效率间的关系如图可知，随着施主型杂质浓度的升高，太阳能电池的转换效率不断的降低。图施主型杂质浓度与填充因子见的关系如图可知，随着施主型杂质浓度的升高，太阳能电池的填充因子先降低后升高。由于图到图中描述的太阳能电池的各个参数的变化规律在受主型掺杂中已经做了分析，而两种掺杂满足相同的规律，因此就不再做详细的分析。西华大学毕业论文两种掺杂浓度对太阳能电池性能影响的对比分析图两种掺杂在不同浓度下短路电流密度对比图由图所描述的是短路电流密度在不同类型的掺杂情况下随掺杂浓度变化的关系，由图可知随着两种掺杂浓度的提高，短路电流密度均在减小，但是受主型掺杂减小幅度小于施主型掺杂。通过林鸿生前辈等的研究知道，在电池内部的电荷分布图如图所示。图电池空间正负电荷分布图，其中为正电荷，为负电荷通过图以及上面的载流子分布图我们可以知道，在电池内部，大部分的载流子均是集中在界面和界面的，并且界面集中的是正电荷，界面集中的西华大学毕业论文是负电荷。且正电荷的量多于负电荷的量。当有阳光照射到电池上时，在电池的内部会产生内建电场，电场的分布情况如图，图。图受主型杂质典型浓度下电场分布图图施主型杂质典型浓度下电场分布图通过对比上面两副电场分布图可以知道，两张图片均是层内的电场强度要大于层内的电场强度，主要是因为太阳光是从端进入电池的，当向层掺入受主型杂质时由上面的电场强度的分布图可以知道在界面产生反向电场，当向层中西华大学毕业论文掺入施主行杂质时，在界面产生反向电场，而且施主型的反向电场大于受主型掺杂的反向电场。因为在非晶硅中载流子的运动是漂移运动，而漂移完全是靠电场的作用，漂移速度与电场的关系如式。由式可知电场越大，载流子的漂移速度越大，速度越大则载流子到达层和层的时间越短，载流子的复合也机会也就越小，因此电场对载流子的收集起着决定性的作用。因为光是从层进入，大部分光在层被吸收，到达层的光线非常的有限，因此在界面的电场强度对载流子的收集的影响大于界面，所以如图所示，掺入受主杂质的最终电流密度会大于掺入施主杂质的电流密度。本征层厚度对太阳能电池性能影响的分析图本征层厚度与短路电流密度间的关系由图可以知道，随着本征层厚度的不断增加，短路电流密度先增加后降低。西华大学毕业论文图本征层厚度与开路电压间的关系由图可以知道随着本征层厚度的不断增加，开路电压不断的增加，最后趋于平稳。图本征层厚度与转换效率间的关系由图可知随着本征层厚度的不断增加，转换效率先增加后减小。西华大学毕业论文图本征层厚度与填充因子间的关系由图可以知道随着本征层厚度的不断增加，填充因子先增加后减小。由表中的数据我们可以得到图图图和图所示本征层厚度与各个性能参数间的关系。由图可以知道，短路电流密度随着本征层厚度的增加先增加后减小，其原因是因为当本征层厚度还比较小的时候，内建电场随着本征层厚度的增加而增加，因此短路电流密度也增加。当厚度增加到个临界值时便开始减小，则短路电流密度也随之减小。由图所示随着本征层厚度的增加，开路电压不断的增加，主要是因为随着本征层厚度的增加界面和界面势垒不断增加，因此开路电压不断的增加。由于短路电流的变化幅度大于开路电压的变化幅度，因此短路电流密度对转换效率的影响大于开路电压的影响，所以转换效率也是先增加后减小。填充因子随着掺杂浓度的增加先增加后减小。本章小结本章的主要内容是对掺杂浓度对太阳能电池性能影响模拟的分析和本征层厚度对太阳能性能影响模拟的分析。其中掺杂的影响又可以分为施主型杂质掺杂和受主型杂质掺杂，对于每种掺杂类型分别取了到这七个浓度进行模拟。而对本征层厚度对太阳能电池性能影响的模拟主要是考虑在不同本征层厚西华大学毕业论文度的情况下太阳能电池的各个参数于本征层厚度的关系。对于掺杂浓度的影响，分别分析了掺入不同浓度的施主型杂质和掺入不同浓度的受主型杂质时太阳能电池的短路电流密度开路电压填充因子和转换效率的变化，以及其变化原因。然后对比了两种掺杂类型的短路电流密度的变化趋势及原因。通过研究知道，两种掺杂均使短路电流密度和转换效率减小，填充因子则都是先减小后增加，而对于开路电压则是掺受主型杂质时增加，掺施主型杂质减小。对于本证层厚度对太阳能电池的影响，主要是通过对比不同本征层厚度所对应的短路电流密度开路电压填充因子和转换效率的变换趋势和原因。通过研究知道，随着厚度的增加短路电流密度转换效率和填充因子均是先增加后减小，而开路电压则是直在增加。西华大学毕业论文第章结论本文采用模拟研究了结构的薄膜太阳能电池的各种性能。通过设置本征层厚度和掺杂浓度的不同参数，得到太阳能电池的性能与改变参数的关系最终找出了提高太阳能电池性能的方法。对于本征层厚度，短路电流密度可以知道，当厚度在左右时其短路电流最大，同时其转换效率也最大。开路电压在厚度达到后变化不是很大，但是超过时就有下降的趋势，因此应该合理的取舍其厚度，以实现最佳的转换效率和其他的所需性能。对于掺杂浓度，由研究可以知，在本征层中掺杂对提高非晶硅太阳能电池的性能没有作用，相反会降低其性能，因此应该尽量的减小本征层中的掺杂。西华大学毕业论文第章总结与体会通过这次毕业论文的撰写，我结合自己在大学四年时间里所学的知识，经过较为全面地梳理，巩固了自己大学本科阶段学习的材料专业的知识有了个全面的梳理，同时培养并发展了自己的定学术研究能力，包括研究问题，发现的意识，认真仔细严谨踏实肯下功夫进行思考钻研的学术研究精神，较好的资料收集整理材料观点整合的能力，较强的运用已学知识去解决现实问题的能力，以及利用全面的发展的联系的观点，思考分析问题的能力，