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案例内容
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案例内容
设计太阳能电池的主要挑战之一是最大限度地提高效率。这个案例考量了光学和电学因素设计了一种单结砷化镓(gaas)太阳能电池。肖克利-奎伊瑟极限使用热力学参数对单结太阳能电池的效率设置了一个基本的理论约束。
演示：
1、薄膜砷化镓太阳能电池结构示意图
2、gaas带隙
3、光谱辐射度（等效电流计算）
4、一维吸收曲线
5、电流和能效
6、能带结构观察（少数载流子阻挡层）
案例源文件
薄膜层结构配以强吸收材料，如铜铟硒化镓(cigs)，已经成为太阳能电池和光伏应用的稳定技术约30年。为了确保尽可能高的效率，光学工程师应该优化电池层使用的材料和厚度。为了帮助完成这项任务，快速物理光学建模和设计软件virtuallab fusion提供了各种工具，如分层介质组件，这使得图层系统的配置易于使用，并且可以通过我们的全面内置数据库选择涂层的材料，或指定其光学特性，如折射率和吸收系数的实部。
在这篇简报中，我们分享了分层介质组件的介绍，以及基于cigs的太阳能电池的模拟设置。
cigs太阳能电池中的吸收 ?
模拟了基于铜铟镓硒(cigs)的太阳能电池，并计算了cigs层中的吸收。
分层介质组件
此使用案例介绍了分层介质组件，并概述了其选项、设置和电磁场解算器。
1 光-热-电转换
光-热-电转换法利用太阳辐射产生的热量来发电。一般来说，太阳能集热器将吸收的热量转化为工作流体的蒸汽，然后驱动蒸汽涡轮机发电。前一个过程是光热转换过程；后一个过程是热电转换过程，与普通热能发电相同。太阳能热发电的缺点是效率低，成本高。据估计，其投资至少比普通火力发电站贵5-10倍。一个1000mw的光热电站需要投资20-25亿美元，1千瓦的平均投资为2000-2500美元。因此，它只能小规模应用于特殊场合，大规模利用并不划算，也无法与普通火电厂或核电站竞争。
2 光与电的直接转换
太阳能电池是根据特定材料的光电特性来发电的。黑体（如太阳）辐射出不同波长（对应不同频率）的电磁波，如红外线、紫外线、可见光等。当这些射线照射在不同的导体或半导体上时，光子与导体或半导体中的自由电子相互作用就会产生电流。射线的波长越短，频率越高，它们的能量就越高。例如，紫外线的能量比红外线高得多。然而，并非所有波长的辐射能量都能转化为电能。值得注意的是，光电效应与辐射的强度无关，只有当频率达到或超过能产生光电效应的阈值时，才能产生电流。能使半导体产生光电效应的最大光波长与半导体的禁忌带宽有关。例如，晶体硅的禁止带宽在室温下约为1.155ev。因此，波长小于1100纳米的光可以使晶体硅产生光伏效应。
太阳能电池发电是一种可再生和环保的发电方式。在发电过程中，不会产生二氧化碳和其他温室气体，也不会造成环境污染。按照生产材料，可分为硅基半导体电池、碲化镉薄膜电池、cigs薄膜电池、染料敏化薄膜电池、有机材料电池等。其中，硅电池又可分为单晶电池、多晶电池和非晶硅薄膜电池。太阳能电池最重要的参数是转换效率。在实验室开发的硅基太阳能电池中，单晶硅电池的效率为25.0%，多晶硅电池的效率为20.4%，cigs薄膜电池的效率为19.6%，cdte薄膜电池的效率为16.7%，非晶硅薄膜电池的效率为10.1
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