本文詳細(xì)的總結(jié)了太陽能電池的背景、發(fā)展歷程、影響吸收效率的因素。按照光子晶體的不同維數(shù),分析了光子晶體在太陽能電池中的應(yīng)用進(jìn)展和特點(diǎn)。在本研究中,研究了利用光子晶體結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)和優(yōu)化薄膜太陽能電池中的砷化鎵（GaAs）或砷化銦（InAs）吸收層。采用六邊形散射體,分別討論了空氣和二氧化硅填充散射元的情況。設(shè)計(jì)并優(yōu)化了六種不同情況下的光子晶體吸收層結(jié)構(gòu),吸收材料為GaAs或InAs,散射元填充空氣或二氧化硅。模擬結(jié)果表明,采用光子晶體結(jié)構(gòu)的吸收層可以大大提高吸收層的吸收效率。當(dāng)吸收層高度H=0.20μm時(shí),GaAs的最大吸收率為79.51%,InAs的最大吸收率為96.57%。另外,當(dāng)入射角為70°時(shí),結(jié)構(gòu)的吸收率在65%以上,因此光子晶體結(jié)構(gòu)吸收層受光入射角的影響較小。同時(shí),光子晶體的大孔結(jié)構(gòu)適用于量子點(diǎn)的填充,量子點(diǎn)對(duì)光的吸收率影響不大,但可以提高光電轉(zhuǎn)換效率。同時(shí),本文還對(duì)六邊排布的六邊形光子晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模擬分析,分析其各種缺陷態(tài)下的慢光情況,為光子晶體在太陽能電池應(yīng)用中提供了理論支撐。 

【文章來源】：青島大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：45 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

超薄晶硅電池結(jié)構(gòu)原理圖

James G．Mutit 課題組設(shè)計(jì)了一種多結(jié)的太陽能電池[8]（如圖1.2）。這種太陽能電池在400~1100 nm的吸收率達(dá)到77%，短路電流達(dá)到30.25 mA/cm2，在帶的邊緣（867~1100nm）增強(qiáng)因子達(dá)到4.6，在1100~1800 nm 的傳輸效率達(dá)到41%。圖1.2 部分疊層太陽能電池結(jié)構(gòu)以及三角形光柵的SEM 照片1.2.2 二維光子晶體在太陽能電池中的應(yīng)用二維光子晶體較一維光子晶體的制造較為復(fù)雜，光子晶體的晶格尺寸與光波波長(zhǎng)相當(dāng)，所以禁帶中心位置的光波波長(zhǎng)越長(zhǎng)越容易制造。目前的二維光子晶體的制備工藝大致有以下幾種[9-12]：介質(zhì)條堆積法、電子束離子束刻蝕法、電化學(xué)腐蝕陽極氧化鋁等。目前，二維光子晶體應(yīng)用在太陽能電池上的最廣泛結(jié)構(gòu)主要有兩種：一種是介電常數(shù)為1的空氣孔結(jié)構(gòu)，另一種是介電常數(shù)較大的介質(zhì)柱結(jié)構(gòu)。例如介質(zhì)柱型、介質(zhì)孔三角型、介質(zhì)孔六角型等[13]

青島大學(xué)碩士學(xué)位論文3圖1.3 (a)介質(zhì)孔型光子晶體（b）介質(zhì)柱型光子晶體示意圖1.2.3 三維光子晶體在太陽能電池中的應(yīng)用較一維和二維光子晶體，三維光子晶體具有更為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和更好的禁帶效應(yīng)。利用三維光子晶體結(jié)構(gòu)制備的太陽能電池，光子在其留滯時(shí)間和平均光子路程增加，可以大大提高太陽能電池的效率。三維光子晶體由于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，普通的制備二維和一維光子晶體的方法并不適用于三維光子晶體。三維光子晶體制備的方法大致可以分為以下幾種：蘸筆納米光刻術(shù)、膠體微球自組裝法、多光束相干、相位光柵、掠角度沉積技術(shù)和電子束離子束聯(lián)用等[16-21]。三維光子晶體主要應(yīng)用在敏化太陽能電池上，其主要使用自組裝方法來完成的。在自組裝的過程中，基本結(jié)構(gòu)單元在基于非共價(jià)鍵的相互作用下自發(fā)的組織或聚集為一個(gè)穩(wěn)定、具有一定規(guī)則幾何外觀的結(jié)構(gòu)，其實(shí)一種整體的復(fù)雜的協(xié)同作用。1.3 總結(jié)與展望光子晶體在太陽能電池中的應(yīng)用研究中，一維光子晶體的研究最為透徹，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可以進(jìn)行直接計(jì)算

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]采用超薄的GaAs光子晶體吸收層提高太陽能電池的吸收效率[J]. 姜澄溢,王賢明,劉浩楠,張富寶,萬勇.  人工晶體學(xué)報(bào). 2018(12)
[2]光子晶體在太陽能電池中的應(yīng)用[J]. 姜澄溢,劉浩楠,張富寶,季福云,徐勝,萬勇.  人工晶體學(xué)報(bào). 2018(02)
[3]利用陷光結(jié)構(gòu)增加硅薄膜太陽能電池的吸收效率[J]. 沈宏君,李婷,盧輝東,黃仙健,李新蘭.  發(fā)光學(xué)報(bào). 2016(07)
[4]非密堆積型PS膠體晶體及其TiO2反結(jié)構(gòu)的制備[J]. 萬勇,蔡仲雨,賈明輝,管延鑫,張志云.  人工晶體學(xué)報(bào). 2014(11)
[5]硅基薄膜太陽電池一維光子晶體背反射器的模擬設(shè)計(jì)與制備[J]. 陳培專,侯國(guó)付,索松,倪牮,張建軍,張曉丹,趙穎.  物理學(xué)報(bào). 2014(12)
[6]一種增加光吸收的非晶硅薄膜太陽能電池的設(shè)計(jì)[J]. 沈宏君,張瑞,盧輝東.  發(fā)光學(xué)報(bào). 2013(06)
[7]基于一維光子晶體陷光的超薄晶硅太陽電池研究[J]. 陸曉東,倫淑嫻,周濤,王月,張明.  人工晶體學(xué)報(bào). 2013(04)
[8]一種基于光子晶體的高效太陽能電池反射器的設(shè)計(jì)[J]. 李文勝,黃海銘,付艷華,張琴,是度芳.  激光與紅外. 2011(08)
[9]PS微球膠體晶體及其反相SiO2結(jié)構(gòu)的制備和表征[J]. 萬勇,蔡仲雨,趙修松,李洪亮,夏臨華.  人工晶體學(xué)報(bào). 2011(01)
[10]硅納米線陣列的光學(xué)特性[J]. 周建偉,梁靜秋,梁中翥,王維彪.  發(fā)光學(xué)報(bào). 2010(06)

博士論文
[1]硅基太陽能電池陷光材料及陷光結(jié)構(gòu)的研究[D]. 王海燕.鄭州大學(xué) 2005

碩士論文
[1]反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體光電極的制備及其可見光下光電性能的研究[D]. 單體育.大連理工大學(xué) 2014



本文編號(hào)：3411961