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研究生:佘政隆
研究生(外文):She, Chenglung
論文名稱:P-N接面太陽能電池轉換效率計算與分析
論文名稱(外文):Calculation and Analysis of Conversion Efficiency of P-N Junction Solar Cells
指導教授:黃榮生
指導教授(外文):Huang, Jungsheng
口試委員:林文斌李冠慰黃榮生
口試委員(外文):Lin, WenpinLee, KuanweiHuang, Jungsheng
口試日期:2013-01-12
學位類別:碩士
校院名稱:義守大學
系所名稱:電子工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:80
中文關鍵詞:吸收係數轉換效率太陽能電池
外文關鍵詞:BaSi2β-FeSi2absorption coefficientsolar cell
相關次數:
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在現有奈米級矽晶材料的研究成果中,發現金屬矽化物材料因有許多優點,故在半導體製程上的應用,已愈來愈普遍。然而直接轉換太陽光所產生能量的這項技術在21世紀是非常重要的研究趨勢。探討太陽能的一些基本重點中,P-N接面在晶體太陽能電池中有很多細節必須要探討。因此本論文使用的材料特性,摻雜濃度及晶體尺寸探討它們對轉換效率的影響。BaSi2的吸收係數遠大於矽材料。因此BaSi2非常適合製作成高效率之太陽能電池。最近這十幾年來發現β相矽化鐵(β-FeSi2)擁有直接能隙半導體性質,而能隙約0.85eV 左右,且具有非常大之光吸收係數。固可預期其轉換效率會較高。本篇論文探討不同材料的太陽能電池的轉換效率與分析,本論文將計算並分析比較Si、BaSi2、β-FeSi2在P-N接面中不同波長下對應到所產生電子電洞對,利用解析解方法計算中性區之少數載子、擴散電流和空乏區產生之漂移電流。可計算出太陽能電池之I-V曲線圖,再進而求取其轉換效率。
Recently, the orthorhombic barium disilicide (BaSi2) has attracted much attention. However, the technology of direct conversion of sunlight to produce energy is a very important research trends in the 21st century. To investigate the basic physical factors of the solar cell, there are many theoretical details must be explore of the PN junction in crystalline solar cells. This study uses the material properties, the doping concentration and the crystal size to explore the impact on the conversion efficiency of a pn junction solar cell. Found in recent years, the BaSi2 absorption coefficient is much larger than the silicon materials. Therefore BaSi2 is very suitable for production of high-efficiency solar cells. So its conversion efficiency can be expected to be higher than the Si counterpart. In this thesis, the conversion efficiencies of different pn junction the solar cells with different materials, are calculated and analyzed. In this thesis, the generated electron-hole pairs corresponding to different incident wavelengths of Si, β-FeSi2 and BaSi2 pn junctions are calculated and analyzed. Then, the minority carries diffusion currents in the neutral regions and the drift current in the depletion region are calculated. Finally, the solar cell I-V curves, and its conversion efficiency are obtained.
致謝 I
摘要 i
ABSTRACT ii
圖目錄 III
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
第二章 研究方法及物理概念 2
2.1 太陽能原件結構圖 2
2.2 Solar cell之P-N接面一維模型圖 3
2.3 太陽光光譜圖及參數設定 5
2.4 研究之物理意義 7
第三章 模擬方法與解析計算 9
3.1 模擬方法 9
3.2 解析解計算 11
第四章 實驗模擬結果與討論 15
4.1 產生項模擬結果 15
4.2 少數載子δpn及δnp模擬結果 17
4.3 擴散電流Jp、Jn模擬結果 23
4.4 漂移電流Jdr模擬結果 29
第五章 結論與未來展望 32
5.1 Si不同元件厚度及不同摻雜下電流對應電壓變化圖 32
5.2 β-FeSi2不同元件厚度及不同摻雜下流對應電壓變化圖 34
5.3 BaSi2不同元件厚度及不同摻雜下流對應電壓變化圖 36
5.4 未來展望 39
參考文獻 40
附件一 41
附件二 68
圖目錄
圖2.2.1 PN Junction Solar Cell一維模型圖 3
圖2.2.2 Solar cell之I-V曲線 3
圖2.2.3 產生速率與位置關係圖 4
圖2.3.1 能量與光通量關係圖1017cm-2∙α-1∙ev-1 [1] 5
圖2.3.2 矽吸收係數圖cm-1 [2] 5
圖2.3.3 BaSi2與 β-FeSi2吸收係數圖105cm-1 [3-4] 6
圖2.3.4 Spectral power density in the standard [5] 6
圖4.1.1 Si 產生項大小 15
圖4.1.2 β-FeSi2 產生項大小 16
圖4.1.3 BaSi2 產生項大小 16
圖4.2.1 Si 少數載子濃度(零偏壓) 17
圖4.2.2 β-FeSi2 少數載子濃度(零偏壓) 18
圖4.2.3 BaSi2少數載子濃度(零偏壓) 18
圖4.2.4 Si 少數載子濃度(偏壓0.334V) 19
圖4.2.5 β-FeSi2 少數載子濃度(偏壓0.3512V) 19
圖4.2.6 BaSi2少數載子濃度(偏壓0.3864V) 20
圖4.2.7 Si 少數載子濃度(偏壓0.3962V) 21
圖4.2.8 β-FeSi2 少數載子濃度(偏壓0.4169V) 21
圖4.2.9 BaSi2少數載子濃度(偏壓0.4498V) 22
圖4.3.1 Si 擴散電流Jp 23
圖4.3.2 Si 擴散電流Jn 23
圖4.3.3 β-FeSi2擴散電流Jp 23
圖4.3.4 β-FeSi2擴散電流Jn 23
圖4.3.5 BaSi2擴散電流Jp 24
圖4.3.6 BaSi2擴散電流Jn 24
圖4.3.7 Si 擴散電流Jp 25
圖4.3.8 Si 擴散電流Jn 25
圖4.3.9 β-FeSi2擴散電流Jp 25
圖4.3.10 β-FeSi2擴散電流Jn 25
圖4.3.11 BaSi2擴散電流Jp 26
圖4.3.12 BaSi2擴散電流Jn 26
圖4.3.13 Si 擴散電流Jp 27
圖4.3.14 Si 擴散電流Jn 27
圖4.3.15 β-FeSi2擴散電流Jp 27
圖4.3.16 β-FeSi2擴散電流Jn 27
圖4.3.17 BaSi2擴散電流Jp 28
圖4.3.18 BaSi2擴散電流Jn 28
圖4.4.1 Si 漂移電流Jdr 29
圖4.4.2 β-FeSi2漂移電流Jdr 29
圖4.4.3 BaSi2漂移電流Jdr 29
圖4.4.4 Si 漂移電流Jdr 30
圖4.4.5 β-FeSi2漂移電流Jdr 30
圖4.4.6 BaSi2漂移電流Jdr 30
圖4.4.7 Si 漂移電流Jdr 31
圖4.4.8 β-FeSi2漂移電流Jdr 31
圖4.4.9 BaSi2漂移電流Jdr 31
圖5.1.1電流對應電壓關係圖 32
圖5.1.2電流對應電壓關係圖 32
圖5.1.3電流對應電壓關係圖 32
圖5.1.4電流對應電壓關係圖 33
圖5.1.5電流對應電壓關係圖 33
圖5.1.6電流對應電壓關係圖 33
圖5.2.1電流對應電壓關係圖 34
圖5.2.2電流對應電壓關係圖 34
圖5.2.3電流對應電壓關係圖 34
圖5.2.4電流對應電壓關係圖 35
圖5.2.5電流對應電壓關係圖 35
圖5.2.6電流對應電壓關係圖 35
圖5.3.1電流對應電壓關係圖 36
圖5.3.2電流對應電壓關係圖 36
圖5.3.3電流對應電壓關係圖 36
圖5.3.4電流對應電壓關係圖 37
圖5.3.5電流對應電壓關係圖 37
圖5.3.6電流對應電壓關係圖 37
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