光電轉換器件在能源、光電探測、生物傳感和醫(yī)學等領域發(fā)揮著至關重要的作用。近年來,隨著納米科技的進步,光電轉換器件不斷朝著納米化方向發(fā)展。然而,器件小型化導致了光與物質相互作用減弱,降低了光電轉換器件的性能。利用納米光子學原理,引入微納結構可以有效地控制器件工作過程、增強對光子的操控能力、提高器件的光電轉換效率和降低成本。本論文在微納光伏與熱電子光電轉換方面做了一系列工作,包括新機理、新結構的科學原理探索、高性能的器件設計以及熱電子光電轉換的熱力學損耗分析和設計策略等。本論文取得的研究成果主要包括以下內(nèi)容:（1）薄膜太陽電池寬帶吸收增強:提出將非晶硅（a-Si:H）層設計成二維光子晶體,增加電池中光學共振密度和強度,使得電池整體對入射光具有近乎理想的吸收。引入適當厚度的中間過渡層解決了由于頂電池與底電池光吸收增強不均衡導致的光電流失配問題,光電轉化效率達到了12.67%,相對于平面結構提高了27.72%;為了進一步提高硅（Si）納米孔陣列（NHs）光伏系統(tǒng)的光吸收效率,本文提出了雙直徑納米孔陣列（DNHs）結構。頂層大直徑NHs具有較低的有效折射率,實現(xiàn)了納米結構與空氣更好的阻抗匹配;底... 

【文章頁數(shù)】：159 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
中文摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 課題研究目的與意義
    1.2 太陽電池陷光機制研究進展
        1.2.1 陷光理論
        1.2.2 先進陷光策略
    1.3 金屬中熱電子光電轉換研究進展
    1.4 本論文主要工作
    本章參考文獻
第二章 光伏與熱電子光電轉換理論
    2.1 太陽電池理論
    2.2 太陽電池陷光與光電轉換模擬
        2.2.1 太陽電池陷光模擬
        2.2.2 太陽電池光電模擬
    2.3 熱電子的產(chǎn)生
    2.4 熱電子的輸運
    2.5 熱電子的收集
    本章參考文獻
第三章 硅基薄膜太陽電池寬帶吸收增強
    3.1 引言
    3.2 雙直徑納米孔陣列硅基薄膜太陽電池
        3.2.1 雙直徑納米孔陣列的陷光設計
        3.2.2 雙直徑納米孔陣列光伏器件的光電性能分析
    3.3 光子晶體非晶硅/微晶硅雙結薄膜太陽電池
        3.3.1 光子晶體結構設計和電池陷光性能分析
        3.3.2 太陽電池的電學評價和比較
    3.4 本章小結
    本章參考文獻
第四章 單根納米線太陽電池陷光與光電轉換
    4.1 引言
    4.2 非同軸核殼結構單根納米線太陽電池
        4.2.1 非同軸核殼結構SNSCs的光學吸收性能分析
        4.2.2 非同軸核殼結構SNSCs的電學性能及基底的影響
    4.3 非對稱納米孔狀單根納米線太陽光吸收器
        4.3.1 非對稱納米孔狀SNSAs的陷光性能研究
        4.3.2 非對稱納米孔狀SNSAs的泄露模式和光學響應分析
    4.4 本章小結
    本章參考文獻
第五章 納米線陣列熱電子光電探測
    5.1 引言
    5.2 光電探測器結構設計和光學響應
    5.3 光電探測器電學性能分析
    5.4 本章小結
    本章參考文獻
第六章 平面多層結構熱電子光電探測
    6.1 引言
    6.2 基于微腔共振的平面熱電子光電探測
        6.2.1 平面微腔的光學設計
        6.2.2 平面微腔熱電子光電探測器的電學響應
        6.2.3 多帶探測以及入射角度的影響
    6.3 基于塔姆等離子的平面熱電子光電探測
        6.3.1 塔姆等離子的基本特性分析
        6.3.2 基于塔姆等離子的平面熱電子光學性能分析
        6.3.3 熱電子器件內(nèi)部的詳細輸運過程和電學響應
        6.3.4 頂部金層厚度和入射角度對電學性能的影響
    6.4 本章小結
    本章參考文獻
第七章 熱電子光電轉換器件損耗機制分析和優(yōu)化設計
    7.1 引言
    7.2 熱電子光電轉換的熱力學過程分析
    7.3 熱電子光電轉換損耗分析及解決策略
    7.4 高效熱電子光電轉換器件設計
    7.5 平面熱電子光電轉換器件極限效率
    7.6 本章小結
    本章參考文獻
第八章 總結與展望
攻讀博士學位期間研究成果
符號及縮略詞列表
致謝



本文編號：3655242