玻璃基廣角寬帶薄膜硅太陽電池用減反射膜的研究.pdf

1、提高太陽能的利用率，尤其是薄膜硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率是人們研究的一個重要課題。有關(guān)提高太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率的方法很多，其中包括在太陽電池表面鍍制減反射膜或是制作絨面結(jié)構(gòu)，以及對整個電池引入陷光結(jié)構(gòu)，以減少太陽電池表面對光的反射損失，同時增加太陽電池活性層對光的吸收。因為太陽光具有寬譜、廣角、多變的復(fù)雜特性，如何優(yōu)化太陽電池減反射膜（或絨面結(jié)構(gòu)）及其陷光結(jié)構(gòu)是一個難題，解決這一難題將有助于減反射膜和陷光結(jié)構(gòu)的設(shè)計。本論文在通過數(shù)值模擬

2、分析了薄膜硅太陽電池基本工作原理及其輸出特性，以及影響其光電轉(zhuǎn)換效率的各種因素的基礎(chǔ)之上，對同時具有廣角前透射特性和隨機背反射特性的這一常見陷光結(jié)構(gòu)的陷光能力進行了研究;作為具體例子，對基于玻璃的具有雙減反射膜結(jié)構(gòu)的一體式薄膜硅太陽電池的光吸收特性進行了研究;在廣泛分析了各種絨面結(jié)構(gòu)的減反射特點的基礎(chǔ)之上，運用嚴(yán)格耦合波方法，對亞波長周期界面結(jié)構(gòu)的光學(xué)行為進行了詳細(xì)的研究。獲得的主要結(jié)果如下:
　　 用試射法分析了薄膜硅內(nèi)建電場

3、和空間電荷的精確分布，并提出用反問題法由已知電場或電勢的分布來確定半體中的摻雜濃度分布。為給出合理的解，摻雜濃度的值必須滿足特定的條件。數(shù)值分析表明，只有處在一些特定狹窄范圍內(nèi)的電勢積分因子才滿足這些條件，而對于某些電場分布則完全不能給出滿足這些條件的正確解。
　　 分析了光強、表面復(fù)合、以及各種摻雜濃度的搭配對于電池光電轉(zhuǎn)換效率的影響，并由此給出了優(yōu)化的參數(shù)配置。
　　 利用光在粗糙表面的反射具有隨機性的特點，提出一種

4、幾率算法，對具有平的減反射面和粗糙背反射結(jié)構(gòu)的硅薄膜的光吸收特點進行了理論和數(shù)值分析。采用給定波長下，光吸收率對入射角的積分均值即角均吸收率作為品質(zhì)因子，發(fā)現(xiàn)角均吸收率作為給定波長下的角依賴透射率的泛函，不存在極大值，因而無法用這一方法確定這一結(jié)構(gòu)的最大陷光能力。但分析發(fā)現(xiàn)角依賴吸收曲線和角依賴透射曲線之間存在著一種共同的漸近趨勢，利用這一趨勢的上限值確定了這一結(jié)構(gòu)的最大陷光能力。
　　 結(jié)合轉(zhuǎn)移矩陣和幾率算法，對硅膜生長在玻璃

5、一側(cè)，硅與玻璃之間以及玻璃的另一側(cè)均鍍有減反射膜，硅的背側(cè)為粗糙反射面的雙減反射膜結(jié)構(gòu)的陷光效果進行了分析和優(yōu)化模擬，優(yōu)化的結(jié)果接近于前述一般理論得出的最大陷光值。對于5μm厚的硅膜，當(dāng)入射角從0°變化到75°時，在AM1.5G太陽光下的譜平均吸收率（在0.3-1.2μm波長范圍內(nèi)）只減小約2.58％，顯示很好的廣角特性。而在較長波段，發(fā)現(xiàn)盡管透射曲線之間存在很大差異，但吸收曲線卻趨于集中在其上限的鄰域，這意味著對長波段的減反射要求可以

6、顯著降低。
　　 上述研究解決了光吸收率具有復(fù)雜的角依賴和譜依賴關(guān)系的薄膜硅太陽電池陷光結(jié)構(gòu)的最大陷光能力的問題，所得出的結(jié)論可直接用于太陽電池結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，所采用的理論方法也為其它不同的陷光結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供了參考。
　　 最后，運用嚴(yán)格耦合波理論，提出倒格空間中的雙坐標(biāo)系統(tǒng)，對亞波長周期界面結(jié)構(gòu)的光學(xué)行為進行了詳細(xì)分析。研究結(jié)果定量地給出了亞波長界面結(jié)構(gòu)與多層減反射膜等效的條件，以及作為起減反射作用的太陽能玻璃和硅太陽