表面等離子體在α-Si太陽(yáng)能電池光陷結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

【摘要】：太陽(yáng)能電池光陷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是太陽(yáng)能電池研究的重要組成部分,其中金屬等離子光陷結(jié)構(gòu)更是提升太陽(yáng)電池吸收率的重要手段。本研究基于金屬表面等離子體,結(jié)合其他光陷結(jié)構(gòu),采用有限元分析法,為α-Si太陽(yáng)能電池提出設(shè)計(jì)了4種光陷結(jié)構(gòu),并對(duì)這些結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化分析,進(jìn)行的主要工作包括： 首先,結(jié)合金屬反射器與圓屋頂型減反射層,設(shè)計(jì)了nano-dome1型太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)。研究過程對(duì)屋頂結(jié)構(gòu)的寬度和高度進(jìn)行了優(yōu)化分析,并仔細(xì)探討了該結(jié)構(gòu)的光吸收增強(qiáng)機(jī)制,獲得的最優(yōu)結(jié)構(gòu)短路電流為21.9016mA/cm2。 其次,結(jié)合金屬光柵與圓屋頂型減反射層,設(shè)計(jì)了nano-dome2型太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)。研究過程主要對(duì)金屬光柵的寬度、高度、周期等進(jìn)行了優(yōu)化分析,發(fā)現(xiàn)最優(yōu)結(jié)構(gòu)的有源層有效厚度僅為26nm,而平均有源層吸收率則達(dá)到了71.3%。同時(shí),我們還研究了非對(duì)稱性和入射光角度對(duì)于nano-dome2型結(jié)構(gòu)吸收率的影響。 第三,.在納米線陣列型太陽(yáng)能電池中嵌入了金屬內(nèi)部電極結(jié)構(gòu),并對(duì)其從材料、形狀以及尺寸上進(jìn)行了優(yōu)化分析,發(fā)現(xiàn)銀質(zhì)三角形金屬內(nèi)部電極性能最好,當(dāng)其半高和半寬均為70nm時(shí),納米線太陽(yáng)能電池的短路電流最大為26.2833mA/cm2。 第四,設(shè)計(jì)了一種由葉片和金屬芯組成的風(fēng)輪型太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)。我們首先對(duì)7根等腰三角形納米線葉片的底角進(jìn)行了優(yōu)化,發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)捉菫?9°時(shí),電池平均吸收率最大,為89.12%,并基于此優(yōu)化了圓柱形金屬電極,發(fā)現(xiàn)當(dāng)半徑為20nm時(shí),電池吸收率最強(qiáng)。 【關(guān)鍵詞】：太陽(yáng)能電池 表面等離子體 光陷結(jié)構(gòu) 有限元方法
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-15
• 1.1 太陽(yáng)能電池研究背景9-10
• 1.2 太陽(yáng)能電池光陷結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展10-13
• 1.2.1 背部反射器10
• 1.2.2 光子晶體結(jié)構(gòu)10-11
• 1.2.3 前端減反射層11
• 1.2.4 金屬等離子體光陷結(jié)構(gòu)11-13
• 1.3 研究目標(biāo)和主要內(nèi)容13-14
• 1.4 本章小結(jié)14-15
• 第二章 理論基礎(chǔ)15-25
• 2.1 太陽(yáng)能電池工作原理15-18
• 2.1.1 太陽(yáng)能電池的基本結(jié)構(gòu)15-16
• 2.1.2 光生伏特效應(yīng)16-17
• 2.1.3 太陽(yáng)能電池性能參數(shù)17-18
• 2.2 表面等離子體效應(yīng)18-20
• 2.2.1 表面等離子體激元(Surface Plasmon Polariton,SPP)18-19
• 2.2.2 局域表面等離子體(Localized Surface Plasmons,LSPs)19-20
• 2.3 電磁場(chǎng)理論與有限元方法20-24
• 2.3.1 電磁場(chǎng)理論21-23
• 2.3.2 有限元方法(FEM)簡(jiǎn)介23-24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 第三章 平板型太陽(yáng)能電池等離子體光陷結(jié)構(gòu)25-39
• 3.1 nano-dome 1型太陽(yáng)能電池光陷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)25-28
• 3.1.1 理論模型25-26
• 3.1.2 結(jié)果與分析26-28
• 3.1.3 結(jié)論28
• 3.2 nano-dome 2型太陽(yáng)能電池光陷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)28-37
• 3.2.1 理論模型29-30
• 3.2.2 結(jié)果與分析30-37
• 3.2.3 結(jié)論37
• 3.3 本章小結(jié)37-39
• 第四章 納米線型太陽(yáng)能電池等離子體光陷結(jié)構(gòu)39-52
• 4.1 納米線型太陽(yáng)能電池中內(nèi)部金屬電極設(shè)計(jì)39-46
• 4.1.1 理論模型39-40
• 4.1.2 結(jié)果與分析40-46
• 4.1.3 結(jié)論46
• 4.2 渦輪型太陽(yáng)能電池光陷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)46-51
• 4.2.1 論模型46-47
• 4.2.2 結(jié)果與分析47-51
• 4.2.3 結(jié)論51
• 4.3 本章小結(jié)51-52
• 第五章 總結(jié)52-54
• 參考文獻(xiàn)54-57
• 致謝57-58
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文58

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