薄膜太陽能電池表面調(diào)制光柵設(shè)計及器件性能優(yōu)化研究.pdf

1、長久以來，能源的短缺以及由此產(chǎn)生的大氣污染一直是世界各國關(guān)注的焦點問題。目前，隨著世界范圍能源需求增加，礦物燃料等常規(guī)能源將在下個世紀內(nèi)枯竭，尋找低成本、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的新能源是我們面臨的最大挑戰(zhàn)之一。因此必須發(fā)展和采用替代能源，特別是長期天然能源-太陽能。太陽能電池被認為是從太陽獲取能量的主要候選者。但是由于成本和光電轉(zhuǎn)換效率等因素極大地制約了太陽能電池產(chǎn)業(yè)大規(guī)模的發(fā)展。近年來，構(gòu)筑先進硅太陽能電池的微結(jié)構(gòu)帶動太陽能電池產(chǎn)業(yè)的復蘇，

2、減少批量生產(chǎn)成本的設(shè)計理念激發(fā)了科研工作者的興趣。
　　提高太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵是增加器件對光子的吸收能力。同時，降低器件材料厚度能夠提高太陽能電池的經(jīng)濟性。基于這個出發(fā)點，本文以薄膜太陽能電池的光學設(shè)計為主要的研究內(nèi)容，以嚴格耦合波理論（RCWA）為分析方法，設(shè)計具有衍射特性和陷光特性的光柵太陽能電池表面微結(jié)構(gòu)，延長了光在太陽能電池內(nèi)部的光學傳播路徑，以此提高了太陽能電池的光學吸收效率和光電流密度。本文主要內(nèi)容為：

3、>　　首先，我們針對晶體硅太陽能電池上表面設(shè)計了三種不同結(jié)構(gòu)的復合光柵模型，其結(jié)構(gòu)參數(shù)利用嚴格耦合波衍射理論方法，在可見光和近紅外光譜范圍內(nèi)進行優(yōu)化。計算了復合上表面調(diào)制光柵結(jié)構(gòu)的光譜響應及其光電流密度。數(shù)值結(jié)果與理論分析表明，上表面復合調(diào)制光柵結(jié)構(gòu)的陷光能力優(yōu)于傳統(tǒng)光柵結(jié)構(gòu)，特別是在可見光等短波波段具有接近于理想的陷光能力，對提高光吸收和增強光電流具有重要的意義。
　　其次，在優(yōu)化的上表面復合光柵的基礎(chǔ)上設(shè)計了金字塔背柵模型，通