利用二維陷光結(jié)構(gòu)增加硅薄膜太陽能電池吸收的設(shè)計(jì)研究.pdf

1、亞波長光柵是結(jié)構(gòu)尺寸小于光波長的光柵，具有減反射和偏振雙折射效應(yīng);金屬納米結(jié)構(gòu)可激發(fā)表面等離子體模式以增強(qiáng)電池吸收，同時(shí)減少總體積和有源層的厚度;光子晶體，一種折射率周期性變化的結(jié)構(gòu)，利用其獨(dú)特的色散關(guān)系會(huì)產(chǎn)生慢光效應(yīng)。本文則根據(jù)亞波長結(jié)構(gòu)及光子晶體的結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)薄膜太陽能電池的高吸收。
　　本文詳細(xì)推導(dǎo)了二維嚴(yán)格耦合波方法，可嚴(yán)格求解亞波長結(jié)構(gòu)的衍射效率及場(chǎng)分布，同時(shí)介紹了用于求解光子晶體能帶結(jié)構(gòu)的平面波展開法。<

2、br>　　首先提出了兩種可用于薄膜太陽能電池防反射層結(jié)構(gòu)的亞波長光柵:半球體和圓柱體亞波長光柵，利用嚴(yán)格耦合波方法優(yōu)化光柵結(jié)構(gòu)的周期、槽深、占空比和基底厚度，使得光柵結(jié)構(gòu)在入射角為0°～89°，波長為300nm～1100nm范圍內(nèi)的平均透射率均在82％以上，入射角為40°～80°時(shí)改善效果尤其明顯，是薄膜太陽能電池中非常有效的陷光結(jié)構(gòu)。
　　結(jié)合半球體亞波長光柵防反射層，基于光子晶體的慢光效應(yīng)，設(shè)計(jì)了一種吸收層為2D四方晶格光子晶

3、體的Si薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)。經(jīng)驗(yàn)證該結(jié)構(gòu)在波長為300nm～1100nm，入射角為0°～80°時(shí)平均吸收效率為90.47％;入射角在0°～89°范圍內(nèi)平均吸收效率為86％，不僅實(shí)現(xiàn)了全角范圍內(nèi)的高吸收，而且減少了結(jié)構(gòu)體積和有源層厚度。
　　最后，根據(jù)光柵的散射可增加有效光程，金屬表面激發(fā)的等離子體模式可增加光的吸收。設(shè)計(jì)了一種吸收層厚1μm，總厚度為1.45μm的含有光錐光子晶體防反射層和四棱錐金屬光柵背反射層的a-Si薄膜太陽能