當(dāng)今社會日益加劇的能源需求和資源短缺使得人們急需開發(fā)利用新的清潔能源,太陽能電池作為一種可持續(xù)的能源利用方法越來越受到重視,其中晶體硅太陽能電池以其安全、高效等特點一直占領(lǐng)著全球光伏市場的主流地位。目前晶體硅太陽能電池仍需要提高其光電轉(zhuǎn)換效率,減少電池表面的反射損失是提高其效率的重要手段。在硅表面制備納米陷光結(jié)構(gòu)能夠有效降低電池表面反射率,從而提高太陽能電池效率。本文采用一種時域有限差分法(Finite Difference Time Domain:FDTD)對不同的納米柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬計算,分析了占空比、周期和高度對周期結(jié)構(gòu)反射率的影響,對納米結(jié)構(gòu)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。同時對非嚴(yán)格周期排列的納米柱結(jié)構(gòu)也進(jìn)行了模擬計算,并與周期性結(jié)構(gòu)的反射率對比。在實驗部分,選用陽極氧化鋁薄膜作為掩模板,采用電子束蒸發(fā)制備納米金屬顆粒陣列,進(jìn)一步采用電感耦合等離子刻蝕制備了不同周期、高度的納米柱陣列結(jié)構(gòu)。對金屬納米陣列和硅納米柱陣列進(jìn)行形貌表征,分析刻蝕時間對納米柱尺寸的影響,對納米柱結(jié)構(gòu)的反射率進(jìn)行了測量,并與模擬結(jié)果作對比。模擬結(jié)果表明周期性納米柱結(jié)構(gòu)在占空比為0.8,周期為300 nm-400 nm以及高度為200 nm時,表現(xiàn)出更好的陷光特性。非嚴(yán)格周期米柱結(jié)構(gòu)與周期納米柱結(jié)構(gòu)的反射率曲線的波動性類似,在大角度入射下周期結(jié)構(gòu)的平均反射率較低,但總體陷光效果差別不大。實驗采用不同孔徑的薄膜制備了高度不同的硅納米柱陣列結(jié)構(gòu),隨著刻蝕時間的增加,納米柱直徑逐漸下降,而納米柱的高度基本呈線性增長。本文獲得了平均反射率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于平面硅結(jié)構(gòu)的硅納米柱陷光結(jié)構(gòu),且反射率測量結(jié)果與模擬結(jié)果一致。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM914.4;TQ127.2
【部分圖文】：

方法減少光的損失。硅太陽能電池在實際應(yīng)用電效率，優(yōu)秀的抗氧化穩(wěn)定性以及較長的工作壽陽能電池的轉(zhuǎn)換效率與其在理想狀態(tài)下的 30%還過程的影響，太陽能電池對于光的轉(zhuǎn)換效率并不效率，通常有以下幾種方式：改善電池的電學(xué)結(jié)能分別到達(dá)電極，產(chǎn)生更大的電流電壓[14,15]；改太陽光的反射，減少光學(xué)損失[16-18]；優(yōu)化太陽能電接照射到太陽能電池表面[19]。能電池光電轉(zhuǎn)換效率的最大因素就是光學(xué)損失，陽光不能被材料吸收，以熱能的形式耗散。因此以最大限度地提高其輸出功率是至關(guān)重要的。微能的提高起著重要的推進(jìn)作用，在硅基太陽能電光伏行業(yè)研究的熱點之一[20-28]。

也限制了抗反射介質(zhì)薄膜的應(yīng)用[30-32]。將納米陷光結(jié)構(gòu)用于太陽能電池表面的方法起源于人們對飛蛾的復(fù)眼結(jié)構(gòu)現(xiàn)。1962 年，科學(xué)家 C.G.Bernhard 等人[33]研究發(fā)現(xiàn)，飛蛾在夜間飛行極具隱蔽由于其眼睛表面是由六角形排列的圓錐形納米陣列構(gòu)成的，對于入射光線反射低。該陣列結(jié)構(gòu)的納米圓錐平均高度約為 200 nm，間隔約為 300 nm，其形狀 1-2 所示。此結(jié)構(gòu)的特征尺寸小于入射光波長，其表面的折射率連續(xù)變化，光其中發(fā)生多次反射作用而無法逸出結(jié)構(gòu)表面，有效抑制反射損失，能夠在較寬段內(nèi)實現(xiàn)陷光作用。利用半導(dǎo)體制造技術(shù)以及微納制備技術(shù)將這種類似于飛蛾的結(jié)構(gòu)應(yīng)用于太陽能電池表面，能夠有效降低光學(xué)損失，提高光電轉(zhuǎn)換效率。陷光結(jié)構(gòu)可以通過優(yōu)化設(shè)計來改變結(jié)構(gòu)參數(shù)，組合出最合適的陷光結(jié)構(gòu)，這是薄膜所不具備的優(yōu)點，而且結(jié)合現(xiàn)有的微納加工技術(shù)進(jìn)行制備，更具有靈活4,35]。此外，蛾眼結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)寬光譜、大角度入射光的陷光作用，同時還解決膜材料不匹配、穩(wěn)定性差的問題。

硅納米線VSL生長原理圖
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

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本文編號：2869016