本文詳細的總結(jié)了太陽能電池的背景、發(fā)展歷程、影響吸收效率的因素。按照光子晶體的不同維數(shù),分析了光子晶體在太陽能電池中的應(yīng)用進展和特點。在本研究中,研究了利用光子晶體結(jié)構(gòu)來設(shè)計和優(yōu)化薄膜太陽能電池中的砷化鎵（GaAs）或砷化銦（InAs）吸收層。采用六邊形散射體,分別討論了空氣和二氧化硅填充散射元的情況。設(shè)計并優(yōu)化了六種不同情況下的光子晶體吸收層結(jié)構(gòu),吸收材料為GaAs或InAs,散射元填充空氣或二氧化硅。模擬結(jié)果表明,采用光子晶體結(jié)構(gòu)的吸收層可以大大提高吸收層的吸收效率。當吸收層高度H=0.20μm時,GaAs的最大吸收率為79.51%,InAs的最大吸收率為96.57%。另外,當入射角為70°時,結(jié)構(gòu)的吸收率在65%以上,因此光子晶體結(jié)構(gòu)吸收層受光入射角的影響較小。同時,光子晶體的大孔結(jié)構(gòu)適用于量子點的填充,量子點對光的吸收率影響不大,但可以提高光電轉(zhuǎn)換效率。同時,本文還對六邊排布的六邊形光子晶體結(jié)構(gòu)進行了模擬分析,分析其各種缺陷態(tài)下的慢光情況,為光子晶體在太陽能電池應(yīng)用中提供了理論支撐。 

【文章來源】：青島大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：45 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

超薄晶硅電池結(jié)構(gòu)原理圖

James G．Mutit 課題組設(shè)計了一種多結(jié)的太陽能電池[8]（如圖1.2）。這種太陽能電池在400~1100 nm的吸收率達到77%，短路電流達到30.25 mA/cm2，在帶的邊緣（867~1100nm）增強因子達到4.6，在1100~1800 nm 的傳輸效率達到41%。圖1.2 部分疊層太陽能電池結(jié)構(gòu)以及三角形光柵的SEM 照片1.2.2 二維光子晶體在太陽能電池中的應(yīng)用二維光子晶體較一維光子晶體的制造較為復(fù)雜，光子晶體的晶格尺寸與光波波長相當，所以禁帶中心位置的光波波長越長越容易制造。目前的二維光子晶體的制備工藝大致有以下幾種[9-12]：介質(zhì)條堆積法、電子束離子束刻蝕法、電化學(xué)腐蝕陽極氧化鋁等。目前，二維光子晶體應(yīng)用在太陽能電池上的最廣泛結(jié)構(gòu)主要有兩種：一種是介電常數(shù)為1的空氣孔結(jié)構(gòu)，另一種是介電常數(shù)較大的介質(zhì)柱結(jié)構(gòu)。例如介質(zhì)柱型、介質(zhì)孔三角型、介質(zhì)孔六角型等[13]

青島大學(xué)碩士學(xué)位論文3圖1.3 (a)介質(zhì)孔型光子晶體（b）介質(zhì)柱型光子晶體示意圖1.2.3 三維光子晶體在太陽能電池中的應(yīng)用較一維和二維光子晶體，三維光子晶體具有更為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和更好的禁帶效應(yīng)。利用三維光子晶體結(jié)構(gòu)制備的太陽能電池，光子在其留滯時間和平均光子路程增加，可以大大提高太陽能電池的效率。三維光子晶體由于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，普通的制備二維和一維光子晶體的方法并不適用于三維光子晶體。三維光子晶體制備的方法大致可以分為以下幾種：蘸筆納米光刻術(shù)、膠體微球自組裝法、多光束相干、相位光柵、掠角度沉積技術(shù)和電子束離子束聯(lián)用等[16-21]。三維光子晶體主要應(yīng)用在敏化太陽能電池上，其主要使用自組裝方法來完成的。在自組裝的過程中，基本結(jié)構(gòu)單元在基于非共價鍵的相互作用下自發(fā)的組織或聚集為一個穩(wěn)定、具有一定規(guī)則幾何外觀的結(jié)構(gòu)，其實一種整體的復(fù)雜的協(xié)同作用。1.3 總結(jié)與展望光子晶體在太陽能電池中的應(yīng)用研究中，一維光子晶體的研究最為透徹，由于結(jié)構(gòu)簡單可以進行直接計算

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：3411961