基于硅納米結(jié)構(gòu)的薄膜光伏技術(shù)研究.pdf

1、太陽(yáng)能是一種取之不盡，用之不竭的清潔可再生能源。對(duì)太陽(yáng)能的充分利用可以解決人類(lèi)所面臨的能源危機(jī)。然而，到目前為止，太陽(yáng)能還不能取代傳統(tǒng)的化石燃料，這是由于太陽(yáng)能電池的制備成本太高且電池的效率太低所造成的。為了提高太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換能力并降低電池的造價(jià)，本文圍繞基于納米結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池進(jìn)行了一系列工作。
　　優(yōu)化設(shè)計(jì)了薄膜硅納米線(xiàn)太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)參數(shù)。我們研究了具有不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的硅納米線(xiàn)及硅納米錐薄膜太陽(yáng)能電池的光電響應(yīng)性能，填充率

2、、周期、長(zhǎng)度等電池的結(jié)構(gòu)參數(shù)能夠極大的地影響電池的最終轉(zhuǎn)換效率。對(duì)于帶硅襯底和不帶硅襯底的3μm厚的硅納米線(xiàn)薄膜太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)，它們的優(yōu)化最終效率(ultimateconversion efficiency, UCE)分別達(dá)到24.07％及21.99％，相應(yīng)的硅納米錐太陽(yáng)能電池的優(yōu)化最終效率可以達(dá)到31.39％。基于多次反射效應(yīng)、漸變折射率理論及導(dǎo)模耦合效應(yīng)等模型，本文對(duì)所得到的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了討論。
　　提出了一種新穎的基于平頂錐

3、形納米孔結(jié)構(gòu)的薄膜太陽(yáng)能電池，用以實(shí)現(xiàn)有效的光捕獲。在優(yōu)化參數(shù)之后，所得到的UCE為28.6％，此時(shí)吸收層的厚度僅為1μm。模擬的結(jié)果表明，本文提出的平頂錐形孔太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率超過(guò)了錐形納米孔太陽(yáng)能電池和純納米孔太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。背表面的銀納米粒子在制備背反射的時(shí)候可以自動(dòng)形成。本文系統(tǒng)研究了銀納米粒子的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)電池轉(zhuǎn)換效率的影響。經(jīng)優(yōu)化后，電池的UCE達(dá)到30.1％。
　　提出并優(yōu)化了一種新穎的雙光子晶體薄膜太陽(yáng)能電池

4、。該種電池具有較強(qiáng)的光捕捉能力和較高的光電轉(zhuǎn)換能力。我們通過(guò)自己定義的表達(dá)式，詳細(xì)優(yōu)化和討論了吸收層前后表面納米錐結(jié)構(gòu)的最優(yōu)形狀。結(jié)果得出，當(dāng)納米錐為旋轉(zhuǎn)拋物面形，且從空氣到硅基板的折射率漸變特性為線(xiàn)性時(shí)，轉(zhuǎn)換效率最高相應(yīng)的的UCE達(dá)到30.3％，此時(shí)吸收層的厚度為2μm。本文還對(duì)頂部和底部的納米錐分別進(jìn)行了探究以尋找它們各自的最優(yōu)形狀，以及它們各自對(duì)光捕捉所做的貢獻(xiàn)。同時(shí)，本文還探究了高度對(duì)最終轉(zhuǎn)換效率的影響，結(jié)果表明，非共型結(jié)構(gòu)具有

5、更強(qiáng)的光捕捉能力。對(duì)于優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)，其最終轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到32.3％。
　　利用相位恢復(fù)的方法，借助實(shí)驗(yàn)所得到的樣品的反射譜線(xiàn)以及KK關(guān)系，得到并分析了不同類(lèi)型的錐形納米線(xiàn)陣列的光學(xué)參數(shù)及光學(xué)特性。硅納米線(xiàn)陣列以及硅納米線(xiàn)微米線(xiàn)混合陣列的有效折射率(n)和消光系數(shù)(K)可以利用KK關(guān)系計(jì)算得到。同時(shí)，利用樣品的復(fù)介電常數(shù)與復(fù)折射率之間的關(guān)系，可以得到樣品的復(fù)介電常數(shù)的實(shí)部(ε')和虛部(ε")。這項(xiàng)結(jié)果表明，通過(guò)實(shí)驗(yàn)處理可以調(diào)制納