基于嚴(yán)格耦合波分析法對(duì)硅基薄膜太陽(yáng)能電池光學(xué)設(shè)計(jì)的研究

【摘要】：本文以薄膜太陽(yáng)能電池的光學(xué)設(shè)計(jì)為主要的研究?jī)?nèi)容,以嚴(yán)格耦合波理論為分析方法,采用具有衍射特性的光柵和陷光特性的光子晶體的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu),延長(zhǎng)了太陽(yáng)能電池的光學(xué)路徑,增加了太陽(yáng)能電池光吸收。本文主要內(nèi)容為： 本文設(shè)計(jì)了一種矩形衍射光柵,采用的材料是導(dǎo)電材料氧化錫銦(ITO),其結(jié)構(gòu)參數(shù)采用嚴(yán)格耦合波方法(RCWA)進(jìn)行優(yōu)化。隨著不同的占空比和槽深度的衍射效率分別在TM偏振和TE偏振下的情況進(jìn)行模擬,結(jié)果發(fā)現(xiàn)TE偏振下的衍射效率優(yōu)于TM偏振下的衍射效率,因此本文對(duì)光柵結(jié)構(gòu)的衍射屬性的討論選擇TE模的情況。優(yōu)化后的矩形ITO衍射光柵在TE偏振下,波長(zhǎng)為0.6155～0.63um的范圍內(nèi),入射角度在27-310范圍內(nèi),其衍射效率均可達(dá)到90%以上。 設(shè)計(jì)了一種異型布拉格背反射器(IDBR)結(jié)構(gòu)的多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池,通過(guò)平面波展開(kāi)法(PWM)和RCWA對(duì)背反射器的能帶和電池結(jié)構(gòu)的光吸收分別進(jìn)行了分析討論。結(jié)果表明：在TM偏振下,400-700nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)優(yōu)化后的電池結(jié)構(gòu)的光吸收平均在90%左右；在TE偏振下,優(yōu)化后的電池在400-700nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光吸收也比較高。太陽(yáng)能電池中采用該異型布拉格結(jié)構(gòu)的背反射器可以拓寬太陽(yáng)電池對(duì)太陽(yáng)光的反射波段,可以增加光吸收,可以提高太陽(yáng)電池俘光能力。 設(shè)計(jì)了一種新型嵌套三角光柵結(jié)構(gòu)的非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池,利用嚴(yán)格耦合波方法分別對(duì)太陽(yáng)能電池的ITO層、a_Si層、ZnO層、Ag層進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),并計(jì)算了結(jié)構(gòu)優(yōu)化后太陽(yáng)能電池的光吸收。計(jì)算結(jié)果表明：太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的ITO增透膜與同等厚度平坦的ITO增透膜相比較,吸收率平均提高了25%左右。采用具有周期性光柵結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池,太陽(yáng)能電池的吸收率被提高了,尤其是在0.6-0.84μm的長(zhǎng)波段,吸收率的增強(qiáng)在21.15-48.13%。此外,在0.3-0.84μm的寬頻全角范圍內(nèi),優(yōu)化后的太陽(yáng)能電池的吸收率均在90%左右；在入射波長(zhǎng)分別為0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7pm,入射角為0-70。范圍內(nèi),該結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池有接近1的高吸收率。 【關(guān)鍵詞】：光子晶體 嚴(yán)格耦合波分析法 光吸收 衍射光柵 反射率 太陽(yáng)電池 透射率
【學(xué)位授予單位】：寧夏大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TM914.42
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-5
• 目錄5-7
• 第一章 緒論7-13
• 1.1 太陽(yáng)能電池研究現(xiàn)狀與意義7-11
• 1.1.1 多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池研究現(xiàn)狀8-10
• 1.1.2 非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2 本論文的主要工作11
• 1.3 本論文的結(jié)構(gòu)11-13
• 第二章 嚴(yán)格耦合波分析法13-21
• 2.1 理論結(jié)構(gòu)模型13-14
• 2.2 TE偏振下的平面衍射理論14-18
• 2.3 TM偏振下的平面衍射理論18-21
• 第三章 太陽(yáng)能電池中衍射光柵結(jié)構(gòu)分析21-29
• 3.1 矩形ITO衍射光柵21-25
• 3.1.1 設(shè)計(jì)與優(yōu)化21-24
• 3.1.2 衍射屬性的討論24
• 3.1.3 結(jié)果討論24-25
• 3.2 三角ITO衍射光柵25-29
• 3.2.1 設(shè)計(jì)與優(yōu)化25-26
• 3.2.2 衍射屬性的討論26-28
• 3.2.3 結(jié)果討論28-29
• 第四章 一種異型布拉格背反射結(jié)構(gòu)的多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池29-35
• 4.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)29-30
• 4.2 理論方法和數(shù)值模擬30-33
• 4.3 結(jié)果討論33-35
• 第五章 嵌套三角光柵結(jié)構(gòu)的非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池設(shè)計(jì)35-43
• 5.1 結(jié)構(gòu)模型35-36
• 5.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化36-38
• 5.3 數(shù)值模擬與討論38-42
• 5.3.1 ITO層的分析38-39
• 5.3.2 電池結(jié)構(gòu)的吸收率與波長(zhǎng)的關(guān)系39-40
• 5.3.3 電池結(jié)構(gòu)的吸收率與角度的關(guān)系40-41
• 5.3.4 電池結(jié)構(gòu)光吸收?qǐng)D譜41-42
• 5.4 結(jié)果討論42-43
• 第六章 創(chuàng)新點(diǎn)說(shuō)明43-45
• 第七章 總結(jié)與展望45-47
• 參考文獻(xiàn)47-51
• 致謝51-53
• 個(gè)人簡(jiǎn)介53

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