基于嚴(yán)格耦合波方法研究一維光學(xué)微結(jié)構(gòu)的光吸收特性.pdf

1、當(dāng)光線經(jīng)過折射率不同的介質(zhì)分界面的時(shí)候，必定會(huì)伴隨反射現(xiàn)象的發(fā)生，形成反射的同時(shí)又會(huì)產(chǎn)生能量的損失。如果反射加強(qiáng)，光學(xué)元件進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換時(shí)效率就會(huì)降低。由于具有優(yōu)秀的減反射的性能，光學(xué)微結(jié)構(gòu)在太陽能電池減反射層的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛。而隨著微加工技術(shù)的發(fā)展成熟，光學(xué)微結(jié)構(gòu)已經(jīng)可以進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)制造。本文利用嚴(yán)格耦合波理論（Rigorous Coupled Wave Analysis,簡(jiǎn)寫為RCWA）設(shè)計(jì)了一維周期性光學(xué)微結(jié)構(gòu)使光線在太陽能

2、電池表面反射減小吸收增強(qiáng)。
　　本文首先利用嚴(yán)格耦合波理論，編譯了Matlab程序?qū)追N一維周期性太陽能電池表面微結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性進(jìn)行了研究，并模擬了其計(jì)算結(jié)果，驗(yàn)證了程序的正確性，并對(duì)其中一種結(jié)構(gòu)進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化。
　　論文設(shè)計(jì)了光柵層（Structure1）和空氣層（Structure2）高度按斐波納契數(shù)列排列的兩種準(zhǔn)周期性微結(jié)構(gòu)。在TM偏振的情況下，運(yùn)用嚴(yán)格耦合波分析方法對(duì)兩種微結(jié)構(gòu)的光吸收率進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算。討論了級(jí)數(shù)、占

3、空比以及相對(duì)高度比三個(gè)參數(shù)對(duì)一維微結(jié)構(gòu)的光吸收率的影響，并將兩種結(jié)構(gòu)的光吸收特性進(jìn)行了對(duì)比。得到下面的結(jié)論：空氣層高度按斐波納契數(shù)列排列準(zhǔn)周期微結(jié)構(gòu)的光吸收性能更好，且當(dāng)其斐波納契級(jí)數(shù)為S3、占空比f=0.5以及相對(duì)高度比H=0.4時(shí)，在300-1100nm波段內(nèi)這種結(jié)構(gòu)的平均光吸收率達(dá)到最高值92.89％。
　　最后，在之前的兩種微結(jié)構(gòu)表面分別鍍上一層折射率介于空氣和硅基之間的氮化硅薄膜，并討論了薄膜厚度對(duì)兩種結(jié)構(gòu)光吸收的影響，

4、分析討論了不同膜厚對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)的光吸收，并對(duì)兩種結(jié)構(gòu)鍍膜后的光吸收性能進(jìn)行了對(duì)比。得到如下結(jié)論：整體而言鍍膜以后Structure1的光吸收性能要好于Structure2，當(dāng)斐波納契級(jí)數(shù)為S3、占空比f=0.7、相對(duì)高度比H=0.4以及鍍膜厚度t=20nm時(shí)，Structure1在300-1100nm波段內(nèi)的平均光吸收率最高可以達(dá)到95.17%。
　　本文的研究為太陽能電池表面相關(guān)微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及進(jìn)一步提高能量轉(zhuǎn)換效率提供了一定的理論