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研究生:廖偉全
研究生(外文):Wei-Chuan Liao
論文名稱:Ⅲ-Ⅴ族太陽能電池效率改善之研究
論文名稱(外文):Studies of improving conversion efficiency in Ⅲ-Ⅴ solar cells
指導教授:沈志霖
指導教授(外文):Ji-Lin Shen
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:應用物理研究所
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:44
中文關鍵詞:熱阻值太陽能電池效率提升
外文關鍵詞:thermal resistancesolar cellefficiency enhancement
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摘要

我們研究在表面塗佈奈米銀粒子的砷化鎵(GaAs)太陽能電池之光電特性。另一方面,利用光激螢光光譜(photoluminescence:PL)的量測,建立一項新的技術來分析太陽能電池的熱特性。
在太陽能電池表面塗佈奈米銀粒子後,砷化鎵太陽能電池的光電轉換效率有增加的現象。利用Drude和Lorentz模型分析擬合奈米銀粒子的吸收光譜來計算介電常數。利用Mie理論模擬出散射因子與波長的關係。探討能帶間傳遞行為,對於太陽能電池的光電轉換效率之影響。
在不同脈衝寬度以及環境溫度下,量測太陽能電池的光激螢光光譜。藉由螢光峰值與溫度的關係去推算太陽能電池的溫度。利用調製光激螢光光譜所得到的太陽能電池熱阻值(thermal resistance,Rth )為56.9 (K/W)。
Abstract

We studied the optical and electric properties of GaAs solar cells after the incorporation of silver nanoparticles. On the other hand, we analyzed the thermal properties of the solar cells by a new photoluminescence (PL) technique.
The conversion efficiency (Eff) of GaAs solar cells increases after the incorporation of silver nanoparticles. The dielectric function of the silver nanoparticles can be expressed by an analytic function usig Drude and Lorentz models. The radiative scattering efficiency is calculated using Mie theory. The effect of interband transition on the conversion efficiency of solar cells is discussed.
We studied the PL of GaAs solar cells with different pulsed widths and surrounding temperatures. Using the PL peak as a function of temperature, the cell temperature can be determined. Using the modulate PL, the thermal resistance of the solar cell can be estimated to be 56.9 (K/W).
目 錄
摘要---------------------------------------------------------------------------------------I
Abstract----------------------------------------------------------------------------------II
致謝-------------------------------------------------------------------------------------III
目錄-------------------------------------------------------------------------------------IV
圖表目錄-------------------------------------------------------------------------------VI
第一章 緒論----------------------------------------------------------------------------1
第二章 樣品介紹----------------------------------------------------------------------5
2-1太陽能電池樣品結構及特性-----------------------------------------5
2-2奈米銀粒子--------------------------------------------------------------7
第三章 量測系統與實驗原理
3-1光激螢光量測系統與原理 (Photoluminescence:PL) ----------8
3-2 吸收光譜量測系統與原理(Absorption)-----------------------11
3-3 太陽能電池原理與電流-電壓曲線特性--------------------------13
第四章 結果與討論-----------------------------------------------------------------16
4-1太陽能電池表面塗佈奈米銀粒子之光電特性-------------------16
4-1.1室溫下太陽能電池電流-電壓曲線量測------------------------17
4-1.2奈米銀粒子之光學特性-------------------------------------------19
4-2 III-V族太陽能電池之熱特性--------------------------------------25
4-2.1溫變下砷化鎵的光激螢光光譜圖-------------------------------27
4-2.2不同duty cycle下砷化鎵的光激螢光光譜圖-----------------28
4-2.3砷化鎵太陽能電池之熱阻值計算-------------------------------30
第五章 結論----------------------------------------------------------------------------34
參考文獻--------------------------------------------------------------------------------35



















圖表目錄
圖2.1太陽能電池(GaAs)結構示意圖----------------------------------------------6
圖2.2雷射消融法製備奈米銀粒子實驗架設示意圖----------------------------7
圖3.1 能帶邊緣光激螢光過程------------------------------------------------------9
圖3.2 光機螢光量測系統架設圖--------------------------------------------------10
圖3.3光吸收實驗的配置-----------------------------------------------------------12
圖3.4電流-電壓曲線特性圖-------------------------------------------------------13
圖4.1砷化鎵太陽能電池照光電流-電壓特性曲線圖。表面未塗佈(黑色圓
圈)與塗佈奈米銀粒子(紅色三角形)--------------------------------------17
圖4.2光電轉換效率增加比例趨勢圖--------------------------------------------18
圖4.3消融時間(A)一、(B)五、(C)十、(D)二十分鐘後所產生的奈米銀粒
子之TEM圖-----------------------------------------------------------------19
圖4.4消融時間(A)一、(B)五、(C)十、(D)二十分鐘後所產生的奈米銀粒子
粒徑分佈圖-------------------------------------------------------------------20
圖4.5理論擬合吸收光譜圖。黑色空心方形為實驗數據,紅色實線為擬合
結果----------------------------------------------------------------------------23
圖4.6奈米銀粒子散射效率圖-----------------------------------------------------24
圖4.7奈米銀粒子散射效率趨勢圖-----------------------------------------------24
圖4.8受激發的載子路徑示意圖--------------------------------------------------25
圖4.9砷化鎵光激螢光峰值在不同溫度下之趨勢圖。插圖為砷化鎵在不同
溫度下之光激螢光光譜圖-------------------------------------------------27
圖4.10 duty cycle示意圖-----------------------------------------------------------28
圖4.11不同duty cycle下的光激螢光光譜圖。插圖為不同比例下的峰值變
化趨勢------------------------------------------------------------------------29
圖4.12不同duty cycle與砷化鎵太陽能電池溫度關係圖--------------------30
圖4.13室溫下磷化鋁銦反射光譜圖----------------------------------------------33
圖4.14溫變下砷化鎵的光電轉換效率趨勢圖。插圖為溫變下照光電壓-電
流曲線圖---------------------------------------------------------------------33
表(一) 砷化鎵太陽能電池照光後的最大輸出電功率值----------------------18
表(二) 砷化鎵太陽能電池照光後的最大輸出電功率值----------------------23
參考文獻
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