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電池吸收，同時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)，利用其獨特的色散關(guān)系會產(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)特性進行光學設(shè)計，實現(xiàn)薄膜太陽能電池的高吸收。
　　本文詳細推導了二維嚴格耦合波方法，可嚴格求解亞波長結(jié)構(gòu)的衍射效率及場分布，同時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)驗證該結(jié)構(gòu)在波長為300nm～1100nm，入射角為0°～80°時平均吸收效率為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