[发明专利]一种高效薄膜太阳能光伏板的设计方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米光学领域，具体涉及一种薄膜太阳能光伏板的设计技术。

背景技术

太阳能作为一种可再生和清洁的能源，无论是在解决全球能源危机还是在改善环境上都拥有着巨大的潜力。作为将光能转换成电能的太阳能电池，在近几十年里受到了人们越来越广泛的关注和重视。目前，厚度大约在180-300微米的晶体硅片是生产和应用最广泛的太阳能材料，但是在将硅锭切割成硅片的过程中会损失约40%的硅锭。对于价格取决于成本材料以及加工过程的大多数太阳能电池来说，这样很难降低生产成本。因此，厚度在1-2微米的薄膜太阳电池引起越来越多人的关注和研究。但是所有薄膜太阳能电池对接近禁带能量的光非常不敏感。因此，通过对薄膜太阳能光伏板材料构成进行合理设计来提高对太阳光的吸收效率显得尤为重要。

硕士学位论文“利用表面等离子体提高薄膜太阳能电池吸收特性的研究”在单晶硅表面嵌入周期排列的银纳米颗粒来增强薄膜太阳能电池的吸收功率，制作工艺复杂，能耗大，并且吸收功率相对较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效薄膜太阳能光伏板的设计方法, 大大提高薄膜太阳能电池光吸收效率。 

为了解决以上技术问题，本发明设计建立一种高效的薄膜太阳能光伏板结构，再在分层薄膜太阳能光伏板结构中加入周期排列的金属纳米颗粒， 改变模型中金属纳米颗粒的形状及在相应形状下尺寸的大小，进一步提高薄膜太阳能电池光吸收效率，具体设计方案如下：

一种高效薄膜太阳能光伏板的设计方法，其特征在于包括以下几个步骤：

步骤一，建立单个周期分层矩形薄膜太阳能光伏板；矩形太阳能光伏板长为L，宽为H，位于太阳能光伏板最上侧的是长为L宽为d1的透明导电抗反射膜（1）；位于太阳能光伏板最底边的长为L、宽为d4的基底（3）；位于透明导电抗反射膜（1）和基底（3）中间的长为、L宽为d2的吸收部件（2），在吸收部件（2）上位于其左下角和右下角分别嵌入一个尺寸为d3的金属纳米颗粒；各参数的取值为L=250nm，H=500nm,d1=25nm,d2=120nm,d4=100nm；透明导电抗反射膜（1）、吸收部件（2）和基底（3）的布置沿长度方向左右对齐；

步骤二，将单个周期分层的薄膜太阳能光伏板周期排列，得到薄膜太阳能光伏板的整体结构；

步骤三，通过改变周期排列的金属纳米颗粒的形状及在相应形状下金属纳米颗粒尺寸的大小来调节和控制薄膜太阳能光伏板的光吸收效率。 

所述步骤一具体为：透明导电抗反射膜（1）材料为铟锡氧化物ITO；吸收部件（2）的材料优选非晶硅A-Si；基底（3）材料为二氧化硅、不锈钢和聚合物中的任一种，优选材料为二氧化硅SiO₂。

所述步骤二具体为：将单个周期分层的薄膜太阳能光伏板结构周期排列，得到薄膜太阳能光伏板的整体结构，用时域有限差分算法分析仿真薄膜太阳能光伏板的光吸收效率。

所述步骤三具体为：添加的金属颗粒材质可以为金、银、铜或铝中任一种。

所述添加的金属颗粒材质优选材质为金、银或铜中的任一种。

所述金属纳米颗粒形状为方形、圆形或半圆形中任一种；添加的金属纳米颗粒为方形时，颗粒边长优选取值范围为80nm—100nm；添加的金属纳米颗粒为圆形时，颗粒半径优选取值范围为40nm—50nm；添加的金属纳米颗粒为半圆形时，颗粒直径优选取值范围为40nm—50nm。  

本发明具有有益效果。本发明是通过设计建立一种周期分层的薄膜太阳能光伏板模型，再在分层薄膜太阳能电池的光电转换材料结构设计中加入周期排列的金属纳米颗粒，依靠改变模型中金属纳米颗粒的形状及在相应形状下尺寸的大小，大大提高薄膜光伏板的光吸收效率。

附图说明

图1为单个周期分层的薄膜太阳能光伏板结构；

图2为薄膜太阳能光伏板整体结构；

图3为加入方形金颗粒的周期薄膜太阳能光伏板光吸收效率图；

图4为加入圆形金颗粒的周期薄膜太阳能光伏板光吸收效率图；

图5为加入半圆形金颗粒的周期薄膜天阳能光伏板光吸收效率图；

图6为金颗粒在不同形状下的光吸收效率对比，方形边长为90nm，圆形和半    圆形半径都为45nm。

图中：1 透明导电抗反射膜，2 吸收部件，3 基底。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步详细说明。