微納結(jié)構(gòu)提高光伏與LED器件效率研究.pdf

1、由于微納結(jié)構(gòu)所具備的各種光學(xué)特性，使得它能在光電器件中被廣泛引入以實(shí)現(xiàn)其的性能的改進(jìn)。本論文研究關(guān)注能源的高效利用，以光伏和LED器件為研究對(duì)象，綜合考慮目前微納加工主要技術(shù)手段來提升薄膜硅太陽能電池和集成LED器件效率。
　　論文實(shí)驗(yàn)研究之外，先用計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算的方式，在嚴(yán)格耦合波分析的算法下分析計(jì)算了各種典型周期性光柵的衍射特性。并將這種模擬的衍射現(xiàn)象引入到薄膜硅太陽能電池的設(shè)計(jì)上，提升光伏器件對(duì)太陽光的吸收能力。在對(duì)太陽能電

2、池的模擬研究部分，對(duì)非晶硅薄膜太陽能電池引入波浪形光柵的設(shè)計(jì)?；诙S模型下模擬計(jì)算了非晶硅薄膜太陽能電池對(duì) AM1.5太陽譜的吸收特性，分析出當(dāng)波浪形光柵周期設(shè)定在0.5μm時(shí)相對(duì)平整的參考電池模型有最大46.44%的吸收提高。而在三維模擬下對(duì)薄膜晶硅太陽能電池中引入六角密排拱陣列設(shè)計(jì)出基于六角密排拱陣列的薄膜晶硅太陽電池。通過模擬計(jì)算引入了六角密排拱陣列的薄膜晶硅太陽能電池吸收性能，并分析出陣列最佳周期值在0.70μm時(shí)相對(duì)參考電池

3、模型最大吸收提高達(dá)到45.13%。
　　本論文的實(shí)驗(yàn)研究部分主要實(shí)施微陣列結(jié)構(gòu)的加工制備，以及將制備出的微陣列引入到相關(guān)器件上。這部分研究詳細(xì)介紹了玻璃襯底上制備微球孔陣列的工藝流程和PSS工藝以及從PSS工藝制得的藍(lán)寶石上復(fù)制微陣列結(jié)構(gòu)的工藝流程，并且對(duì)制備出的微陣列進(jìn)行了表征、光學(xué)測(cè)量和材料表面性能測(cè)試。玻璃基底上制備的微球孔陣列引入到非晶硅薄膜太陽能電池的前襯入光面后實(shí)現(xiàn)了太陽能電池性能的提升，短路電流增加了7.66%，最大

4、轉(zhuǎn)換效率提高了5.33%。PDMS上復(fù)制出的微錐孔陣列引入到非晶硅薄膜太陽能電池上也實(shí)現(xiàn)了短路電流7.97%的增加和最大轉(zhuǎn)換效率8.8%的提升。在對(duì)集成LED器件封裝工藝的研究中，引入微陣列到器件的封裝聚合物上的方式實(shí)現(xiàn)了器件出光效率的提升。在同種測(cè)試條件下表面帶有微陣列結(jié)構(gòu)封裝的集成LED器件比常規(guī)封裝的器件不同注入電流下器件發(fā)光效率提高23.41%-24.43%，輻射效率提高22.24%-23.94。
　　全文所研究?jī)?nèi)容均與微

5、納結(jié)構(gòu)光學(xué)特性密切相關(guān)，實(shí)驗(yàn)中所用技術(shù)以低成本工藝為主并考慮器件的兼容性。論文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)包括：利用計(jì)算機(jī)模擬的方式設(shè)計(jì)了兩種帶微納結(jié)構(gòu)的薄膜硅太陽能電池模型，分析了基于低深寬比微納結(jié)構(gòu)的薄膜太陽能電池吸收性能；根據(jù)非晶硅薄膜太陽能電池的結(jié)構(gòu)特性，引入微陣列結(jié)構(gòu)在太陽能電池的前襯入光面，實(shí)現(xiàn)光伏器件更加有效的吸收太陽光，提升了器件的轉(zhuǎn)換效率；根據(jù)集成LED器件的封裝特點(diǎn)，在封裝聚合物上引入微陣列結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了出光效率的提升。隨著微納加工技術(shù)的