硅基薄膜太阳电池的光管理技术研 究

《硅基薄膜太阳电池的光管理技术研 究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、分类号学号D201077640学校代码10487密级博士学位论文硅基薄膜太阳电池的光管理技术研究学位申请人：黄洪涛学科专业：光学工程指导教师：沈国震教授答辩日期：2014.12ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringTheStudyofLightManagementTechniquesinSiliconBasedThinFilmSolarCellsPh.D.

2、Candidate:HongtaoHuangMajor:OpticalEngineeringSupervisor:Prof.GuozhenShenCo-Supervisor:HuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaDecember,2014独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出

3、贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本论文属于保密□，在年解密后适用本授权书。不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期

4、：年月日日期：年月日华中科技大学博士学位论文摘要新型便携式/可穿戴电子设备、节能建筑以及太阳能汽车、飞机等概念的兴起为太阳电池提供了更加多样化的应用领域和发展前景，同时也对太阳电池提出了超轻、超薄和可弯曲等新的要求。非晶硅（a-Si:H）等薄膜太阳电池具有比传统晶体硅太阳电池小得多的厚度，是满足上述要求的更佳选择。然而较薄的吸收层厚度也导致了非晶硅太阳电池较低的光吸收和能量转换效率。针对上述问题，本论文围绕着高效率和轻质柔性的薄膜太阳电池，对新型光管理结构和轻质柔性薄膜电池衬底进行了研究。主要涵盖的工作有：基于自组装的纳米

5、坑状陷光结构及a-Si:H太阳电池。利用电化学阳极氧化铝多孔膜的自组装行为，制备出了一种尺寸可控的（300~800nm）半球形纳米坑状光管理结构。有限时域差分（FDTD）法光学仿真结果表明，该结构可以有效提高a-Si:H薄膜在全光谱范围内的光吸收，尤其在吸收带边，增强系数高达近40倍。光谱测试也显示，纳米坑状a-Si:H电池对入射光的反射率明显降低。纳米凹坑的陷光效果最终将a-Si:H电池的光电流提高了30%，并使得光电转换效率提升了27%，甚至还略高于商用绒面导电玻璃上沉积的参考电池。进一步的仿真分析表明，光吸收的增强来

6、自于纳米坑状电池中表面等离激元和光波导模式的共同作用。基于纳米压印的ZnO光栅状陷光结构及a-Si:H太阳电池。采用自制纳米压印工具，开发出了一种一步法制备4吋晶圆级ZnO光栅陷光结构的新途径，具有工艺简单、精度高和面积大的优势。通过理论和FDTD仿真对光栅的周期和深度进行了优化。仿真结果显示，在TE和TM两种偏振状态下，光栅结构能够将a-Si:H薄膜的光电流分别提升31%和14%，使得电池最终获得13.98mA/cm2的短路电流。实验结果则表明，周期为606nm的一维光栅将a-Si:H电池的短路电流和能量转换效率均提高了

7、26%，而周期为1.2μm的二维光栅结构则获得了15%的光电流提升。基于石墨烯纸的轻质柔性a-Si:H太阳电池。提出利用石墨烯来构建柔性薄膜太阳电池的衬底，具有耐高温、机械强度高、重量轻和厚度薄的多重优势。经过表面形貌改善之后，石墨烯纸上构建的a-Si:H柔性太阳电池具有与玻璃衬底相当的能量转华中科技大学博士学位论文换效率（5.86%）和更高的光电流。其厚度比玻璃减小了~20倍，重量减小了~350倍。而输出的功率密度高达8.31W/g，比玻璃衬底提高了415倍，具有了超轻超薄的特性。得益于石墨烯纸衬底超薄的厚度和较好的机械

8、强度，a-Si:H电池还具有了良好的柔性，在弯曲半径最低为14mm时仍保持了与初始状态相当的能量转换效率。关键词：a-Si:H太阳电池光管理陷光结构柔性超轻华中科技大学博士学位论文AbstractTheemergingportable/wearableelectronicdevices,energy-e