用于薄膜太陽(yáng)能電池的碳基光子晶體背反射器研究

【摘要】：能源和環(huán)境問(wèn)題是近十幾年來(lái)世界關(guān)注的焦點(diǎn)，為了實(shí)現(xiàn)能源和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，世界各國(guó)都將光伏發(fā)電作為發(fā)展的重點(diǎn)。當(dāng)今，超過(guò)90%的光伏市場(chǎng)被Si基太陽(yáng)能電池主宰。Si太陽(yáng)能電池由于原材料豐富，工藝技術(shù)成熟，光電性能穩(wěn)定使其在未來(lái)的光伏市場(chǎng)仍占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位。但是由于成本比較高，電池的價(jià)格昂貴，很難促進(jìn)民用。為了適應(yīng)太陽(yáng)能電池的高效率、低成本、大規(guī)模生產(chǎn)發(fā)展的需要，最有效的辦法是發(fā)展薄膜太陽(yáng)能電池。但是由于電池厚度的減薄而造成的光透射損失嚴(yán)重，降低了電池的轉(zhuǎn)換效率，因此有效地背反射設(shè)計(jì)對(duì)于獲得高效率電池是十分必要的。 含金屬的傳統(tǒng)背反射器的吸收問(wèn)題較嚴(yán)重，影響了背反射器的效率，而基于波動(dòng)光學(xué)的光子晶體反射性能良好。由于頻率落在能隙范圍內(nèi)的電磁波無(wú)法穿透，一維光子晶體的反射率較高。它克服了金屬反射器的吸收問(wèn)題，又可以通過(guò)改變材料的折射率或厚度來(lái)調(diào)整能隙位置。 本文利用光學(xué)薄膜模擬軟件Essential Macleod和射頻等離子體化學(xué)氣相沉積RF-PECVD制備與研究a-Si:H/a-C一維光子晶體的性質(zhì)，并利用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)、掃描電子顯微鏡（SEM）等對(duì)所制備的樣品進(jìn)行測(cè)試和表征。具體內(nèi)容包括： 1、利用光學(xué)薄膜模擬軟件Essential Macleod研究了一維光子晶體多層膜的最外層和最底層材料折射率的高低對(duì)反射性能的影響。研究結(jié)果顯示：一維光子晶體結(jié)構(gòu)常為四分之一波長(zhǎng)膜系并且膜系兩邊的最外層為高折射率介質(zhì)層，這樣結(jié)構(gòu)的反射率一般比較高。 2、采用光學(xué)薄膜模擬軟件——Essential Macleod研究了一維光子晶體高反射帶的展寬方法。展寬高反射帶的一個(gè)有效的方法是將兩個(gè)中心波長(zhǎng)不同的一維光子晶體進(jìn)行組合。這兩種一維光子晶體都采用四分之一波長(zhǎng)多層膜系且膜系兩邊都是高折射率介質(zhì)膜層，而且組成光子晶體的多層膜都采用奇數(shù)層。如果將其直接疊加在一起，高反射帶展寬了，但是在高反射帶的中心位置處會(huì)出現(xiàn)一個(gè)透射率峰值。若在兩個(gè)中心波長(zhǎng)不同的一維光子晶體之間加進(jìn)一層光學(xué)厚度為1/4平均波長(zhǎng)的低折射率介質(zhì)層，該組合的光子晶體反射曲線(xiàn)是一寬闊的平頂?shù)那€(xiàn)，沒(méi)有出現(xiàn)透射率峰值，并不影響反射帶的展寬。 3、采用RF-PECVD設(shè)備在實(shí)驗(yàn)上制備了兩個(gè)不同中心波長(zhǎng)的a-Si:H/a-C一維光子晶體（P1和P2）和在兩種一維光子晶體之間加進(jìn)一層低折射率層而構(gòu)成的調(diào)制光子晶體（P1+P2），反應(yīng)氣源為硅烷和甲烷，交替沉積a-Si:H和a-C膜層。測(cè)試其反射譜可以發(fā)現(xiàn)第一個(gè)一維光子晶體P1在600—900nm波段的反射率近乎100%，第二個(gè)一維光子晶體P2在900—1300nm波段的反射率高達(dá)90%以上，而調(diào)制光子晶體實(shí)現(xiàn)了高反射帶的展寬，使其在更寬波長(zhǎng)范圍600—1300nm的反射率達(dá)到了70%以上。高反射帶的寬度覆蓋了透過(guò)薄膜太陽(yáng)能電池的光波波長(zhǎng)范圍，可以用來(lái)做薄膜太陽(yáng)能電池的背反射器，將透過(guò)太陽(yáng)能電池的光反射回太陽(yáng)能電池內(nèi)部，進(jìn)行充分吸收利用，從而可以增加太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率。 【關(guān)鍵詞】：硅基薄膜太陽(yáng)能電池 光子晶體 背反射器
【學(xué)位授予單位】：河北師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：TM914.42;O734
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-17
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 a-Si:H 薄膜太陽(yáng)能電池11
• 1.3 太陽(yáng)能電池背反射器概述11-13
• 1.4 傳統(tǒng)背反射器13-14
• 1.5 光子晶體背反射器14-15
• 1.6 本文選題依據(jù)和研究?jī)?nèi)容15-17
• 2 樣品的制備、表征與光學(xué)薄膜分析軟件17-22
• 2.1 樣品的制備17-19
• 2.1.1 射頻等離子體化學(xué)氣相沉積（RF-PECVD）17-18
• 2.1.2 沉積薄膜材料18
• 2.1.3 襯底材料18-19
• 2.2 樣品的表證19
• 2.2.1 紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)19
• 2.2.2 掃描電子顯微鏡19
• 2.3 光學(xué)薄膜分析軟件———Essential Macleod19-22
• 3 一維光子晶體反射性能的研究22-39
• 3.1 光子晶體結(jié)構(gòu)22
• 3.2 一維光子晶體參數(shù)22-23
• 3.3 一維光子晶體材料參數(shù)對(duì)光子晶體反射率性能的影響23-38
• 3.3.1 周期數(shù) N 對(duì)光子晶體反射率的影響23-28
• 3.3.2 折射率比值對(duì)光子晶體反射性能的影響28-31
• 3.3.3 周期厚度對(duì)光子晶體反射性能的影響31-34
• 3.3.4 最外層折射率的高低對(duì)光子晶體反射性能的影響34-38
• 3.4 本章小結(jié)38-39
• 4 一維光子晶體高反射帶的展寬39-48
• 4.1 軟件模擬39-42
• 4.2 實(shí)驗(yàn)研究42-46
• 4.3 本章小結(jié)46-48
• 5 結(jié)論48-49
• 參考文獻(xiàn)49-52
• 致謝52

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