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题目：
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雅宝题库解析：
摘要太阳能发电以其清洁无污染的特点势必成为未来电能的主要来源，而限制太阳电池广泛应用的因素便是目前太阳电池转换效率的低下和太阳电池成本的偏高，因此如何提高太阳电池的效率以及降低成本成为今后太阳电池研究的重点。III-V族化合物叠层太阳电池是具有超高转换效率的第三代新型太阳电池，以其理想的抗辐射能力，现已广泛应用于空间卫星、飞船上作为能源动力。增加子电池的层数以拓宽对太阳光谱的利用，这一叠层的概念现已成为提高太阳电池效率的有效手段。因此，本文提出了一种四结叠层的太阳电池的结构，对其合理性进行了论证，并对其详细参数进行了研究设定，其次对电池各子层以及整体的特性参数进行了数学计算，最后进行了模拟仿真验证了其可行性。首先， 本文在已有的三结叠层太阳电池的基础上，提出了四结叠层的结构的设计。由美国SPL公司提出的三结叠层电池InGaP/InGaAs/Ge结构, 在一个太阳（AM1.5G）光照下转换效率达到31.7%，在200个太阳聚光下的转换效率更是达到了39.2%，然而该结构子电池的带隙宽度分别为InGaP-1.91eV，InGaAs-1.02eV，Ge-0.70eV，在顶电池和中电池之间存在较大的带隙差值，造成了较多的光谱的浪费，因此本文考虑在InGaP和InGaAs之间引入一层带隙宽度为1.42eV的GaAs子电池层，以增加光谱的利用率，达到提高电池整体转换效率的效果。其次，本文中对四结叠层电池各子电池层的详细参数进行了讨论和设定，包括元素的掺杂比例，掺杂浓度，各子电池层的适宜厚度，发射区厚度，基区厚度，隧穿结的选取，隧穿结的厚度以及掺杂浓度，各子电池以及隧穿结之间的匹配，电池的表面积，电池的表面及界面特性等参数。再次，本文中利用太阳电池电学特性方程对各子电池的I-V特性进行了计算，利用MATLAB进行仿真得到了各子电池层的I-V特性曲线，并在此基础上计算出短路电流密度，开路电压，填充因子以及转换效率，再利用串联太阳电池的原理，取最小短路电流作为整体短路电流，取各子电池的开路电压之和作为整体开路电压，从而计算出电池整体的转换效率。最后，本文利用异质结太阳电池模拟软件AFORS-HET对四结叠层太阳电池进行了模拟仿真，得到了电池整体的I-V特性曲线，并据此计算出太阳电池整体的转换效率。仿真出的I-V特性曲线以及转换效率和通过计算得到的数值有着比较高的近似度，验证了结果的正确性。经过模拟仿真和理论计算的对比，验证了该四结叠层结构的合理性，理论上达到了33.9%的高能量转换效率，为三五族化合物叠层太阳电池的研究和实际工程应用打下了良好的基础。 |
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发表于 2022-4-9 10:24:40
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