高效陷光結(jié)構(gòu)玻璃基片研究及其在薄膜太陽能電池中的應(yīng)用

【摘要】：薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)一般可以在價格低廉的玻璃基板上生長,可以用PECVD、濺射等方法實現(xiàn)大面積制備,與體硅太陽能電池相比,具有可大面積制備、成本低等優(yōu)勢。光子在約小于2μm厚度的吸收層里不能被完全吸收,而薄膜電池吸收層厚度通常在幾百納米至一微米,使得平板薄膜電池對光的吸收率不高。尤其是長波段光子在薄膜吸收層的有限光路里吸收率較低,增強(qiáng)長波段光子在薄膜吸收層里的吸收至關(guān)重要。為了提高光子在薄膜結(jié)構(gòu)中的吸收率,通?？紤]在表面反射低的前提下延長光子在吸收層的光路,需要增強(qiáng)進(jìn)入吸收層的光衍射,尤其是高次衍射,這樣有利于陷光增強(qiáng)。霧度是以漫射的光通量與透過材料的光通量之比的百分率表示,是透明或半透明材料光學(xué)透明性的重要參數(shù),而霧度的大小表征了薄膜結(jié)構(gòu)對光的散射能力。微納光散射光學(xué)結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的光學(xué)陷光作用,這個突出的特點能在薄膜太陽能電池中得到重要應(yīng)用。通過表面圖形化方法在玻璃基片上制備微納光散射表面結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)高霧度,此玻璃基片在薄膜電池中的應(yīng)用可以有效增強(qiáng)陷光。本文利用玻璃表面的掩膜和氫氟酸對玻璃的各向同性刻蝕實現(xiàn)玻璃基片表面織構(gòu)化,得到三種具有光散射結(jié)構(gòu)的玻璃表面結(jié)構(gòu)。利用嚴(yán)格耦合波分析方法計算了脊形表面結(jié)構(gòu)、半球凹坑表面結(jié)構(gòu)和圓錐形表面結(jié)構(gòu)玻璃基片的各個結(jié)構(gòu)參數(shù)對霧度譜分布的影響,并分別得到了整體高霧度的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化配置,此外還研究了優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)配置下的霧度譜與入射角之間的關(guān)系,為玻璃基在薄膜太陽能電池的高效陷光應(yīng)用研究提供了參考。針對半球凹坑表面結(jié)構(gòu)中凹坑間距與霧度譜分布的關(guān)系,利用玻璃基片表面掩膜和氫氟酸各向同性刻蝕得到緊湊型半球凹坑表面結(jié)構(gòu)。通過設(shè)計“交叉式”結(jié)構(gòu)對緊湊型半球凹坑結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值計算。利用時域有限差分方法對緊湊型半球凹坑表面結(jié)構(gòu)玻璃基片的透射場進(jìn)行計算,發(fā)現(xiàn)緊湊型半球凹坑結(jié)構(gòu)可以有效散射垂直入射光。將具有緊湊型半球凹坑表面結(jié)構(gòu)的玻璃基片應(yīng)用在非晶硅薄膜太陽能電池中,利用RCWA方法計算了薄膜電池的光反射率和吸收率,并得到了較為優(yōu)化的結(jié)構(gòu)參數(shù)配置,優(yōu)化結(jié)構(gòu)下的薄膜電池與平板結(jié)構(gòu)薄膜電池相比,光吸收率明顯得到提高,為高陷光玻璃基片在薄膜太陽能電池的應(yīng)用研究提供了參考。 【關(guān)鍵詞】：散射 玻璃基片 模擬 陷光 薄膜太陽能電池
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TM914.42
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-10
• 第一章 緒論10-25
• 1.1 引言10-11
• 1.2 太陽能電池的原理與制備11-14
• 1.2.1 太陽能電池的基本原理11-13
• 1.2.2 太陽能電池的制備技術(shù)13-14
• 1.3 薄膜太陽能電池及其結(jié)構(gòu)陷光14-21
• 1.3.1 薄膜太陽能電池介紹14-16
• 1.3.2 結(jié)構(gòu)陷光及研究近況16-21
• 1.4 論文的整體結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容21-23
• 參考文獻(xiàn)23-25
• 第二章 玻璃基片表面織構(gòu)化及霧度特性研究25-47
• 2.1 霧度25
• 2.2 光的吸收、色散和散射25-28
• 2.3 玻璃表面織構(gòu)化28-29
• 2.4 數(shù)值研究方法29-35
• 2.4.1 嚴(yán)格耦合波分析方法（RCWA）29-31
• 2.4.2 時域有限差分方法（FDTD）31-35
• 2.5 玻璃表面結(jié)構(gòu)的霧度特性研究35-46
• 2.5.1 脊形表面結(jié)構(gòu)35-38
• 2.5.2 半球凹坑表面結(jié)構(gòu)38-41
• 2.5.3 圓錐表面結(jié)構(gòu)41-46
• 2.6 本章小結(jié)46
• 參考文獻(xiàn)46-47
• 第三章 緊湊型半球凹坑玻璃基在非晶硅薄膜電池的陷光應(yīng)用研究47-61
• 3.1 緊湊型半球凹坑玻璃基47-54
• 3.2 緊湊型半球凹坑玻璃基薄膜電池陷光應(yīng)用研究54-59
• 3.3 本章小結(jié)59-60
• 參考文獻(xiàn)60-61
• 第四章 結(jié)論與展望61-63
• 4.1 全文總結(jié)61-62
• 4.2 前景展望62-63
• 致謝63-64
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表或收錄的論文64

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