薄膜太阳能电池表面调制光栅设计及器件性能优化研究

《薄膜太阳能电池表面调制光栅设计及器件性能优化研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号学校代码10225UDC学号2141391东华大学硕士学位论文薄膜太阳能电池表面调制光栅设计及器件性能优化研究SURFACEMODULATIONGRATINGDESIGNANDPERFORMANCEOPTIMIZATIONINULTRATHINCRYSTALLINESOLARCELLS姓名马恒指导老师伍滨和研究员东华大学理学院应用物理系申请学位级别硕士学科专业名称光学工程论文提交日期2016年12月论文答辩日期2017年01月培养单位东华大学理学院应用物理系学位授予单位东华大学答辩委员会主席东华大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的

2、学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并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：签字日期：年月日东华大学学位论文版权使用授权书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，同意学校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，允许论文被查阅或者借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或者部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影音、缩印或者扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□

3、，在年解密后适用本授权书本学位论文属于不保密□。学位论文作者签名：导师签名：签字日期：签字日期：薄膜太阳能电池表面调制光栅设计及器件性能优化研究薄膜太阳能电池表面调制光栅设计及器件性能优化研究摘要长久以来，能源的短缺以及由此产生的大气污染一直是世界各国关注的焦点问题。目前，随着世界范围能源需求增加，矿物燃料等常规能源将在下个世纪内枯竭，寻找低成本、环保和可持续发展的新能源是我们面临的最大挑战之一。因此必须发展和采用替代能源，特别是长期天然能源-太阳能。太阳能电池被认为是从太阳获取能量的主要候选者。但是由于成本和光电转换效率等因素极大地制约了太阳能电池产业大规模的发展。近年来

4、，构筑先进硅太阳能电池的微结构带动太阳能电池产业的复苏，减少批量生产成本的设计理念激发了科研工作者的兴趣。提高太阳能电池光电转换效率的关键是增加器件对光子的吸收能力。同时，降低器件材料厚度能够提高太阳能电池的经济性。基于这个出发点，本文以薄膜太阳能电池的光学设计为主要的研究内容，以严格耦合波理论（RCWA）为分析方法，设计具有衍射特性和陷光特性的光栅太阳能电池表面微结构，延长了光在太阳能电池内部的光学传播路径，以此提高了太阳能电池的光学吸收效率和光电流密度。本文主要内容为：薄膜太阳能电池表面调制光栅设计及器件性能优化研究首先，我们针对晶体硅太阳能电池上表面设计了三种不同结构

5、的复合光栅模型，其结构参数利用严格耦合波衍射理论方法，在可见光和近红外光谱范围内进行优化。计算了复合上表面调制光栅结构的光谱响应及其光电流密度。数值结果与理论分析表明，上表面复合调制光栅结构的陷光能力优于传统光栅结构，特别是在可见光等短波波段具有接近于理想的陷光能力，对提高光吸收和增强光电流具有重要的意义。其次，在优化的上表面复合光栅的基础上设计了金字塔背栅模型，通过优化背栅参数，在光栅等效厚度为2μm的情况下，器件光吸收曲线和光电流密度已非常接近于Yablonovitch极限，产生的理想光电2流密度高达34.6mA/cm。以上结果表明，调制纳米光栅结构是提高薄膜太阳能电池

6、性能的重要手段。关键词:严格耦合波方法、调制结构、纳米光栅、吸收增强薄膜太阳能电池表面调制光栅设计及器件性能优化研究SURFACEMODULATIONGRATINGDESIGNANDPERFORMANCEOPTIMIZATIONINULTRATHINCRYSTALLINESOLARCELLSABSTRACTForalongtime,theshortageofenergyandtheresultingenvironmentalpollutionhavebecomefocusthatbeconcernedbymanycountries.Atpresent,withtheincr

7、easingdemandoftheenergyintheworldwide,conventionalenergysourcessuchasfossilfuelswillbedepletedinthenextcentury,findingwaysofcostefficient,environmentallyfriendlyandsustainableenergygenerationaswellasenergyconsumption,isoneofourbiggestchallenges.Itisnecessaryto