玻璃基廣角寬帶薄膜硅太陽電池用減反射膜的研究.pdf

1、提高太陽能的利用率，尤其是薄膜硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率是人們研究的一個(gè)重要課題。有關(guān)提高太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率的方法很多，其中包括在太陽電池表面鍍制減反射膜或是制作絨面結(jié)構(gòu)，以及對(duì)整個(gè)電池引入陷光結(jié)構(gòu)，以減少太陽電池表面對(duì)光的反射損失，同時(shí)增加太陽電池活性層對(duì)光的吸收。因?yàn)樘柟饩哂袑捵V、廣角、多變的復(fù)雜特性，如何優(yōu)化太陽電池減反射膜（或絨面結(jié)構(gòu)）及其陷光結(jié)構(gòu)是一個(gè)難題，解決這一難題將有助于減反射膜和陷光結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。本論文在通過數(shù)值模擬

2、分析了薄膜硅太陽電池基本工作原理及其輸出特性，以及影響其光電轉(zhuǎn)換效率的各種因素的基礎(chǔ)之上，對(duì)同時(shí)具有廣角前透射特性和隨機(jī)背反射特性的這一常見陷光結(jié)構(gòu)的陷光能力進(jìn)行了研究;作為具體例子，對(duì)基于玻璃的具有雙減反射膜結(jié)構(gòu)的一體式薄膜硅太陽電池的光吸收特性進(jìn)行了研究;在廣泛分析了各種絨面結(jié)構(gòu)的減反射特點(diǎn)的基礎(chǔ)之上，運(yùn)用嚴(yán)格耦合波方法，對(duì)亞波長(zhǎng)周期界面結(jié)構(gòu)的光學(xué)行為進(jìn)行了詳細(xì)的研究。獲得的主要結(jié)果如下:
　　 用試射法分析了薄膜硅內(nèi)建電場(chǎng)

3、和空間電荷的精確分布，并提出用反問題法由已知電場(chǎng)或電勢(shì)的分布來確定半體中的摻雜濃度分布。為給出合理的解，摻雜濃度的值必須滿足特定的條件。數(shù)值分析表明，只有處在一些特定狹窄范圍內(nèi)的電勢(shì)積分因子才滿足這些條件，而對(duì)于某些電場(chǎng)分布則完全不能給出滿足這些條件的正確解。
　　 分析了光強(qiáng)、表面復(fù)合、以及各種摻雜濃度的搭配對(duì)于電池光電轉(zhuǎn)換效率的影響，并由此給出了優(yōu)化的參數(shù)配置。
　　 利用光在粗糙表面的反射具有隨機(jī)性的特點(diǎn)，提出一種

4、幾率算法，對(duì)具有平的減反射面和粗糙背反射結(jié)構(gòu)的硅薄膜的光吸收特點(diǎn)進(jìn)行了理論和數(shù)值分析。采用給定波長(zhǎng)下，光吸收率對(duì)入射角的積分均值即角均吸收率作為品質(zhì)因子，發(fā)現(xiàn)角均吸收率作為給定波長(zhǎng)下的角依賴透射率的泛函，不存在極大值，因而無法用這一方法確定這一結(jié)構(gòu)的最大陷光能力。但分析發(fā)現(xiàn)角依賴吸收曲線和角依賴透射曲線之間存在著一種共同的漸近趨勢(shì)，利用這一趨勢(shì)的上限值確定了這一結(jié)構(gòu)的最大陷光能力。
　　 結(jié)合轉(zhuǎn)移矩陣和幾率算法，對(duì)硅膜生長(zhǎng)在玻璃

5、一側(cè)，硅與玻璃之間以及玻璃的另一側(cè)均鍍有減反射膜，硅的背側(cè)為粗糙反射面的雙減反射膜結(jié)構(gòu)的陷光效果進(jìn)行了分析和優(yōu)化模擬，優(yōu)化的結(jié)果接近于前述一般理論得出的最大陷光值。對(duì)于5μm厚的硅膜，當(dāng)入射角從0°變化到75°時(shí)，在AM1.5G太陽光下的譜平均吸收率（在0.3-1.2μm波長(zhǎng)范圍內(nèi)）只減小約2.58％，顯示很好的廣角特性。而在較長(zhǎng)波段，發(fā)現(xiàn)盡管透射曲線之間存在很大差異，但吸收曲線卻趨于集中在其上限的鄰域，這意味著對(duì)長(zhǎng)波段的減反射要求可以

6、顯著降低。
　　 上述研究解決了光吸收率具有復(fù)雜的角依賴和譜依賴關(guān)系的薄膜硅太陽電池陷光結(jié)構(gòu)的最大陷光能力的問題，所得出的結(jié)論可直接用于太陽電池結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，所采用的理論方法也為其它不同的陷光結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供了參考。
　　 最后，運(yùn)用嚴(yán)格耦合波理論，提出倒格空間中的雙坐標(biāo)系統(tǒng)，對(duì)亞波長(zhǎng)周期界面結(jié)構(gòu)的光學(xué)行為進(jìn)行了詳細(xì)分析。研究結(jié)果定量地給出了亞波長(zhǎng)界面結(jié)構(gòu)與多層減反射膜等效的條件，以及作為起減反射作用的太陽能玻璃和硅太陽