基于嚴格耦合波方法研究一維光學微結構的光吸收特性.pdf

1、當光線經過折射率不同的介質分界面的時候，必定會伴隨反射現象的發(fā)生，形成反射的同時又會產生能量的損失。如果反射加強，光學元件進行光電轉換時效率就會降低。由于具有優(yōu)秀的減反射的性能，光學微結構在太陽能電池減反射層的應用已經越來越廣泛。而隨著微加工技術的發(fā)展成熟，光學微結構已經可以進行大規(guī)模的生產制造。本文利用嚴格耦合波理論（Rigorous Coupled Wave Analysis,簡寫為RCWA）設計了一維周期性光學微結構使光線在太陽能

2、電池表面反射減小吸收增強。
　　本文首先利用嚴格耦合波理論，編譯了Matlab程序對幾種一維周期性太陽能電池表面微結構的光學特性進行了研究，并模擬了其計算結果，驗證了程序的正確性，并對其中一種結構進行了參數優(yōu)化。
　　論文設計了光柵層（Structure1）和空氣層（Structure2）高度按斐波納契數列排列的兩種準周期性微結構。在TM偏振的情況下，運用嚴格耦合波分析方法對兩種微結構的光吸收率進行了數值計算。討論了級數、占

3、空比以及相對高度比三個參數對一維微結構的光吸收率的影響，并將兩種結構的光吸收特性進行了對比。得到下面的結論：空氣層高度按斐波納契數列排列準周期微結構的光吸收性能更好，且當其斐波納契級數為S3、占空比f=0.5以及相對高度比H=0.4時，在300-1100nm波段內這種結構的平均光吸收率達到最高值92.89％。
　　最后，在之前的兩種微結構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兩種結構光吸收的影響，

4、分析討論了不同膜厚對應結構的光吸收，并對兩種結構鍍膜后的光吸收性能進行了對比。得到如下結論：整體而言鍍膜以后Structure1的光吸收性能要好于Structure2，當斐波納契級數為S3、占空比f=0.7、相對高度比H=0.4以及鍍膜厚度t=20nm時，Structure1在300-1100nm波段內的平均光吸收率最高可以達到95.17%。
　　本文的研究為太陽能電池表面相關微結構的設計以及進一步提高能量轉換效率提供了一定的理論