衍射光柵及光子晶體在太陽電池中的應(yīng)用研究.pdf

1、本文的研究工作主要是提高電池對光的吸收，即通過光學(xué)設(shè)計來增加電池對光的俘獲。主要內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　 利用勒讓德多項式展開法和嚴(yán)格耦合波理論，對一維矩形光柵在可見～近紅外波長范圍入射光波的透射率進行了模擬計算，尋找到了合適的占空比、光柵深度和基底厚度，使得光柵的透射率在入射角為0～60°范圍內(nèi)、入射波長在400～1200nm范圍內(nèi)變化時，其透射率的變化相對穩(wěn)定，透射率的平均值可達到96％以上。
　　 利用平面波展

2、開法計算了一維光子晶體的帶隙，得出當(dāng)兩種周期介質(zhì)材料的折射率差值越大，出現(xiàn)的第一完全帶隙越寬，反之越窄。算出對應(yīng)的波段不能在光子晶體中傳播的波長范圍，利用光子晶體的這一特性，把它用來制作太陽電池的背反射層是很好的嘗試。
　　 為了提高薄膜電池對光的高吸收，我用衍射光柵和一維光子晶體結(jié)構(gòu)來增加電池的光俘獲。設(shè)計了一種由一維衍射光柵和一維光子晶體組成的用于硅薄膜太陽電池的背部反射層，采用勒讓德多項式展開法對一維光子晶體和三角形光柵結(jié)

3、構(gòu)進行了參數(shù)優(yōu)化和對400～1200nm范圍入射電磁波的反射率進行了模擬計算，得出在一維光子晶體高反射率保證下，再利用衍射光柵的衍射，得到大傾角的反射光，高效的延長了光子在電池吸收體的傳播路徑，使其得到充分吸收。結(jié)果表明，衍射光柵加光子晶體結(jié)構(gòu)的背反射器可以高效的，大傾角的，全方位的反射750～1100nm的光。這種結(jié)構(gòu)的背反射層用作太陽電池的背反射器可以大大提高電池的捕光能力，從而提高太陽電池的轉(zhuǎn)化效率。
　　 最后，提出了一

4、種有增透膜和背反射層的非晶硅薄膜太陽電池結(jié)構(gòu)，增透膜為折射率從低到高的4層介質(zhì)材料組成，背反射層為三角形介質(zhì)衍射光柵加一維光子晶體結(jié)構(gòu)組成。利用嚴(yán)格耦合波理論和平面波展開法，對介質(zhì)層厚度和光柵進行優(yōu)化設(shè)計，數(shù)值計算了增透膜和背反射層在0～60°的反射效率。結(jié)果表明，增透膜在300～750nm有高透射，背反射層在600～750nm有高反射。對于活性層為700nm的非晶硅薄膜太陽電池，在入射波TM偏振下，經(jīng)過優(yōu)化的電池在300～750nm波