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基于稀土掺杂材料的光谱下转换及其应用的研究

作　者: 徐淑艳
导　师: 姜淳
学　校: 上海交通大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 太阳能电池 稀土共掺材料 下转换 能量转移 理论模型 仿真
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


太阳能电池是利用光伏效应将光能转换成电能的光伏器件。在太阳能电池的光电转换中，光能与电池材料带隙能量失谐会造成部分能量损失，限制了太阳能电池的转换效率。光谱转换是减少此类能量损失的有效途径。下转换作用将一个高能量光子转换成两个或多个低能量光子，可提高太阳能电池对高能光子的利用率。稀土掺杂材料具有荧光特性，因而是常用的光谱下转换材料。基于稀土掺杂材料下转换的研究对于提高太阳能电池转换效率具有十分重要的意义。本文主要研究稀土离子共掺材料中的光谱下转换作用，并将其应用在太阳能电池上，讨论了下转换对电池输出性能的影响。因此，本文的研究工作总体上可以分为两大部分，第一部分是对稀土离子共掺系统光谱下转换的建模和仿真，第二部分是太阳能电池性能的仿真，属于第一部分研究的具体应用。论文的主要工作内容包括：1.研究了Ce3+-Yb3+离子共掺玻璃系统中的光谱下转换，通过分析Ce3+离子和Yb3+离子之间的能量转移过程，建立了描述该过程的理论数值模型。同时为了定量分析稀土共掺系统下转换的效率，定义了功率转换效率、光子转换效率和量子效率三个变量。2.利用MATLAB对上述数值模型进行了仿真。论文中选取一定的参数设置初值，并选择合适的计算方法，对下转换理论模型进行仿真求解。通过分析仿真结果可知，Ce3+-Yb3+离子共掺玻璃系统能够有效地将高能光子转换为适合太阳能电池吸收利用的低能光子。3.使用太阳光谱和下转换后的光谱作为激发光谱，进行了太阳能电池的模拟仿真。这部分内容又分为两个方面：一是通过PC1D软件进行仿真，另一个是根据已有的基本物理方程，利用MATLAB编程求解方程进行仿真。对比分析仿真结果，发现在下转换光谱的激发下，太阳能电池的短路电流、开路电压、转换效率等都有一定程度的提高。

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-10
绪论  10-14
第一章 综述  14-29
  1.1 太阳能电池  14-20
    1.1.1 太阳能  14-15
    1.1.2 太阳能电池基本工作原理  15-17
    1.1.3 太阳能电池性能表征参数  17-18
    1.1.4 太阳能电池类型  18-20
  1.2 光谱下转换  20-24
    1.2.1 光谱转换  20-21
    1.2.2 下转换与下转换器  21-22
    1.2.3 下转换发光材料  22-24
  1.3 下转换应用在太阳能电池上的研究  24-28
    1.3.1 硅太阳能电池利用下转换器  24-26
    1.3.2 多元化合物太阳能电池利用下转换器  26-27
    1.3.3 染料敏化、聚合物太阳能电池利用下转换器  27-28
  1.4 本章小结  28-29
第二章 稀土共掺系统光谱下转换的理论模型  29-35
  2.1 研究背景  29-30
  2.2 Ce~(3+)-Yb~(3+) 共掺系统中的下转换机制  30-31
  2.3 下转换的数值模型  31-34
  2.4 本章小结  34-35
第三章 稀土共掺系统光谱下转换的模拟仿真  35-42
  3.1 数值模型仿真  35-37
  3.2 仿真结果分析和讨论  37-41
    3.2.1 离子的吸收谱和发射谱  37-38
    3.2.2 共掺系统功率谱  38-39
    3.2.3 共掺系统光子谱  39-40
    3.2.4 转换效率和量子效率  40-41
  3.3 本章小结  41-42
第四章 太阳能电池性能仿真  42-49
  4.1 PC1D 介绍  42-44
  4.2 太阳能电池仿真  44-48
    4.2.1 仿真参数设置  44-45
    4.2.2 仿真结果分析  45-48
  4.3 本章小结  48-49
第五章 太阳能电池物理方程求解仿真  49-58
  5.1 基本物理方程  49-50
  5.2 方程求解算法与步骤  50-52
  5.3 仿真结果分析  52-56
    5.3.1 单晶硅太阳能电池仿真结果  52-54
    5.3.2 多晶硅太阳能电池仿真结果  54-55
    5.3.3 非晶硅太阳能电池仿真结果  55-56
  5.4 本章小结  56-58
第六章 总结与展望  58-62
  6.1 论文内容总结  58-60
  6.2 未来研究展望  60-62
参考文献  62-67
缩略语及符号说明  67-68
致谢  68-69
攻读学位期间发表论文  69-72
附件  72

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 光电池 > 太阳能电池
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