本文關(guān)鍵詞：利用二維陷光結(jié)構(gòu)增加硅薄膜太陽能電池吸收的設(shè)計研究

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【摘要】：亞波長光柵是結(jié)構(gòu)尺寸小于光波長的光柵,具有減反射和偏振雙折射效應(yīng)；金屬納米結(jié)構(gòu)可激發(fā)表面等離子體模式以增強(qiáng)電池吸收,同時減少總體積和有源層的厚度；光子晶體,一種折射率周期性變化的結(jié)構(gòu),利用其獨特的色散關(guān)系會產(chǎn)生慢光效應(yīng)。本文則根據(jù)亞波長結(jié)構(gòu)及光子晶體的結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行光學(xué)設(shè)計,實現(xiàn)薄膜太陽能電池的高吸收。本文詳細(xì)推導(dǎo)了二維嚴(yán)格耦合波方法,可嚴(yán)格求解亞波長結(jié)構(gòu)的衍射效率及場分布,同時介紹了用于求解光子晶體能帶結(jié)構(gòu)的平面波展開法。首先提出了兩種可用于薄膜太陽能電池防反射層結(jié)構(gòu)的亞波長光柵：半球體和圓柱體亞波長光柵,利用嚴(yán)格耦合波方法優(yōu)化光柵結(jié)構(gòu)的周期、槽深、占空比和基底厚度,使得光柵結(jié)構(gòu)在入射角為0。-89。,波長為300 nm-1100 nm范圍內(nèi)的平均透射率均在82%以上,入射角為400～800時改善效果尤其明顯,是薄膜太陽能電池中非常有效的陷光結(jié)構(gòu)。結(jié)合半球體亞波長光柵防反射層,基于光子晶體的慢光效應(yīng),設(shè)計了一種吸收層為2D四方晶格光子晶體的Si薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)。經(jīng)驗證該結(jié)構(gòu)在波長為300 nm-1100 nm,入射角為0。-80。時平均吸收效率為90.47%；入射角在0。-89。范圍內(nèi)平均吸收效率為86%,不僅實現(xiàn)了全角范圍內(nèi)的高吸收,而且減少了結(jié)構(gòu)體積和有源層厚度。最后,根據(jù)光柵的散射可增加有效光程,金屬表面激發(fā)的等離子體模式可增加光的吸收。設(shè)計了一種吸收層厚1μm,總厚度為1.45 μm的含有光錐光子晶體防反射層和四棱錐金屬光柵背反射層的a-Si薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)。對優(yōu)化后的電池結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值計算,得出：該薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)在入射角為0。75。、波長為300 nm-750 nm時平均吸收效率達(dá)92%。其中防反射層使得該薄膜太陽能電池在300 nm-600 nm波段的平均吸收效率提高了11.54%；背反射層在600nm-850 nm波段平均吸收效率提高了3.75%。
【關(guān)鍵詞】：硅薄膜太陽能電池 嚴(yán)格耦合波方法 亞波長光柵 光子晶體 衍射效率
【學(xué)位授予單位】：寧夏大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• abstract4-6
• 第一章 緒論6-12
• 1.1 研究背景6
• 1.2 太陽能電池6-9
• 1.3 光柵、光子晶體及其在太陽能電池中的應(yīng)用9-11
• 1.4 本文結(jié)構(gòu)11-12
• 第二章 光柵及光子晶體理論分析12-23
• 2.1 二維嚴(yán)格耦合波方法12-18
• 2.2 平面波展開法18-22
• 2.3 本章小結(jié)22-23
• 第三章 硅薄膜太陽能電池防反射層設(shè)計23-28
• 3.1 結(jié)構(gòu)模型23-24
• 3.2 參數(shù)優(yōu)化計算24-27
• 3.3 本章小結(jié)27-28
• 第四章 硅薄膜太陽能電池吸收層設(shè)計28-33
• 4.1 結(jié)構(gòu)模型28-29
• 4.2 優(yōu)化計算29-32
• 4.3 本章小結(jié)32-33
• 第五章 一種增加硅薄膜太陽能電池吸收的設(shè)計33-40
• 5.1 結(jié)構(gòu)模型33-34
• 5.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化34-36
• 5.3 結(jié)構(gòu)比較36-39
• 5.4 本章小結(jié)39-40
• 第六章 總結(jié)與展望40-41
• 參考文獻(xiàn)41-45
• 致謝45-46
• 個人簡歷及論文發(fā)表情況46

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