高吸收效率太陽能電池陷光機制和光學(xué)特性研究.pdf

1、太陽能的有效利用能夠緩解當(dāng)前的能源危機和環(huán)境污染這兩大社會問題。太陽能電池可以直接將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，但是在當(dāng)今社會中并沒有得到廣泛應(yīng)用，究其主要原因是太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率過低和生產(chǎn)成本過高。因此，提高轉(zhuǎn)換效率和降低生產(chǎn)成本是今后太陽能光伏技術(shù)發(fā)展的方向和目標(biāo)。微納結(jié)構(gòu)在光伏器件上的應(yīng)用能夠極大地減小電池吸收層的厚度，從而降低其生產(chǎn)成本。為了提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，很多研究工作都集中在新型光伏材料和陷光結(jié)構(gòu)的研發(fā)當(dāng)中。
　　

2、本文以太陽能電池的陷光結(jié)構(gòu)為研究對象，設(shè)計出了納米針光柵陣列和傾斜納米線陣列的新型陷光結(jié)構(gòu)，并且還建立了球形金屬顆粒的表面等離子模型。通過數(shù)值仿真，對它們進(jìn)行了光學(xué)特性和陷光機理的研究。本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　首先，針對GaAs納米針光柵陣列，系統(tǒng)地研究了光柵陣列的結(jié)構(gòu)參數(shù)對光吸收的影響。研究結(jié)果表明，光柵陣列的光吸收性能受結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響很大，經(jīng)過優(yōu)化后的光柵結(jié)構(gòu)在所考察的波長范圍內(nèi)可以引起很寬波段內(nèi)的光吸收增強。在最

3、優(yōu)參數(shù)配置下，納米針光柵陣列的光吸收率最高可達(dá)到98％，與矩形光柵陣列相比提高了20%以上。
　　其次，提出了傾斜GaAs納米線陣列的陷光結(jié)構(gòu)。利用有限元方法，研究了傾斜納米線陣列的直徑和填充因子對光吸收特性的影響，并且優(yōu)化了該傾斜納米線陣列結(jié)構(gòu)。優(yōu)化后的傾斜納米線陣列，總吸收率最大可達(dá)到95%，短路電流可達(dá)到30.3mA/cm2。與豎直納米線陣列相比，傾斜納米線陣列的光學(xué)性能得到了很好的提高，這說明將納米線陣列做成傾斜結(jié)構(gòu)，可以