硅基太陽(yáng)能電池的減反微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與電學(xué)特性仿真研究.pdf

1、能源短缺和環(huán)境惡化問(wèn)題正日趨嚴(yán)重地影響著人類社會(huì)的持續(xù)性發(fā)展。如能高效利用清潔的可再生能源太陽(yáng)能，則人類完全有可能在不破壞自然環(huán)境的前提下滿足自身發(fā)展對(duì)能源的需求。光伏能源產(chǎn)業(yè)已成為世界上發(fā)展速度最快的產(chǎn)業(yè)之一，而太陽(yáng)能電池是光伏技術(shù)中最核心的部件。硅基太陽(yáng)能電池憑借其性能穩(wěn)定、效率較高、原材料豐富等諸多優(yōu)點(diǎn)，在太陽(yáng)能電池市場(chǎng)中占據(jù)著主導(dǎo)地位，因此提高硅基太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率具有重要意義。光學(xué)損失與電學(xué)損失是影響硅基太陽(yáng)能電池效率的兩大

2、主要原因，本文從這兩個(gè)角度出發(fā)分別展開(kāi)研究工作。
　　針對(duì)硅基太陽(yáng)能電池前表面的光學(xué)損失，本文首先采用時(shí)域有限差分法(FDTD)對(duì)電池表面拋物錐陣列微結(jié)構(gòu)的反射特性進(jìn)行了研究，分析了拋物錐陣列的高度、底面占空比、周期等參數(shù)對(duì)其抗反射性能的影響。研究表明，反射率隨底面占空比、高度的增大而減??；當(dāng)周期遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)時(shí)，周期的變化對(duì)反射率影響很小，但當(dāng)周期大于某一臨界值時(shí)，結(jié)構(gòu)的減反性能會(huì)受到較大影響。在錐高600nm且拋物錐底面直徑等于周

3、期的情況下，錐底面直徑分別取128nm，160nm，213nm，256nm，320nm時(shí)，微結(jié)構(gòu)在硅的響應(yīng)光譜300～1200nm內(nèi)均能獲得低于3％的反射率。其次，在以上工作基礎(chǔ)上提出了三種優(yōu)化結(jié)構(gòu)，分別為：六邊形排列拋物錐陣列結(jié)構(gòu)、大拋物錐陣列與小圓錐陣列相結(jié)合的復(fù)合結(jié)構(gòu)、大拋物錐陣列與小拋物錐陣列相結(jié)合的復(fù)合結(jié)構(gòu)。優(yōu)化結(jié)構(gòu)將硅在響應(yīng)光譜波段內(nèi)的反射率進(jìn)一步降低至1%左右，并且在斜入射的情況下減反效果也較為優(yōu)異，較好地實(shí)現(xiàn)了寬波段、大