硅基薄膜太陽(yáng)電池的光管理技術(shù)研究.pdf

1、新型便攜式/可穿戴電子設(shè)備、節(jié)能建筑以及太陽(yáng)能汽車(chē)、飛機(jī)等概念的興起為太陽(yáng)電池提供了更加多樣化的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展前景，同時(shí)也對(duì)太陽(yáng)電池提出了超輕、超薄和可彎曲等新的要求。非晶硅（a-Si:H）等薄膜太陽(yáng)電池具有比傳統(tǒng)晶體硅太陽(yáng)電池小得多的厚度，是滿(mǎn)足上述要求的更佳選擇。然而較薄的吸收層厚度也導(dǎo)致了非晶硅太陽(yáng)電池較低的光吸收和能量轉(zhuǎn)換效率。針對(duì)上述問(wèn)題，本論文圍繞著高效率和輕質(zhì)柔性的薄膜太陽(yáng)電池，對(duì)新型光管理結(jié)構(gòu)和輕質(zhì)柔性薄膜電池襯底進(jìn)行了

2、研究。主要涵蓋的工作有：
　　基于自組裝的納米坑狀陷光結(jié)構(gòu)及a-Si:H太陽(yáng)電池。利用電化學(xué)陽(yáng)極氧化鋁多孔膜的自組裝行為，制備出了一種尺寸可控的（300~800 nm）半球形納米坑狀光管理結(jié)構(gòu)。有限時(shí)域差分（FDTD）法光學(xué)仿真結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)可以有效提高a-Si:H薄膜在全光譜范圍內(nèi)的光吸收，尤其在吸收帶邊，增強(qiáng)系數(shù)高達(dá)近40倍。光譜測(cè)試也顯示，納米坑狀 a-Si:H電池對(duì)入射光的反射率明顯降低。納米凹坑的陷光效果最終將a-Si

3、:H電池的光電流提高了30％，并使得光電轉(zhuǎn)換效率提升了27%，甚至還略高于商用絨面導(dǎo)電玻璃上沉積的參考電池。進(jìn)一步的仿真分析表明，光吸收的增強(qiáng)來(lái)自于納米坑狀電池中表面等離激元和光波導(dǎo)模式的共同作用。
　　基于納米壓印的 ZnO光柵狀陷光結(jié)構(gòu)及 a-Si:H太陽(yáng)電池。采用自制納米壓印工具，開(kāi)發(fā)出了一種一步法制備4吋晶圓級(jí)ZnO光柵陷光結(jié)構(gòu)的新途徑，具有工藝簡(jiǎn)單、精度高和面積大的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)理論和FDTD仿真對(duì)光柵的周期和深度進(jìn)行了優(yōu)化

4、。仿真結(jié)果顯示，在TE和TM兩種偏振狀態(tài)下，光柵結(jié)構(gòu)能夠?qū)-Si:H薄膜的光電流分別提升31%和14%，使得電池最終獲得13.98 mA/cm2的短路電流。實(shí)驗(yàn)結(jié)果則表明，周期為606 nm的一維光柵將a-Si:H電池的短路電流和能量轉(zhuǎn)換效率均提高了26%，而周期為1.2μm的二維光柵結(jié)構(gòu)則獲得了15%的光電流提升。
　　基于石墨烯紙的輕質(zhì)柔性a-Si:H太陽(yáng)電池。提出利用石墨烯來(lái)構(gòu)建柔性薄膜太陽(yáng)電池的襯底，具有耐高溫、機(jī)械強(qiáng)度

5、高、重量輕和厚度薄的多重優(yōu)勢(shì)。經(jīng)過(guò)表面形貌改善之后，石墨烯紙上構(gòu)建的 a-Si:H柔性太陽(yáng)電池具有與玻璃襯底相當(dāng)?shù)哪芰哭D(zhuǎn)換效率（5.86%）和更高的光電流。其厚度比玻璃減小了~20倍，重量減小了~350倍。而輸出的功率密度高達(dá)8.31 W/g，比玻璃襯底提高了415倍，具有了超輕超薄的特性。得益于石墨烯紙襯底超薄的厚度和較好的機(jī)械強(qiáng)度，a-Si:H電池還具有了良好的柔性，在彎曲半徑最低為14 mm時(shí)仍保持了與初始狀態(tài)相當(dāng)?shù)哪芰哭D(zhuǎn)換效率。