表面等离子体在α-Si太阳能电池光陷结构中的应用

【摘要】：太阳能电池光陷结构设计是太阳能电池研究的重要组成部分,其中金属等离子光陷结构更是提升太阳电池吸收率的重要手段。本研究基于金属表面等离子体,结合其他光陷结构,采用有限元分析法,为α-Si太阳能电池提出设计了4种光陷结构,并对这些结构进行了优化分析,进行的主要工作包括： 首先,结合金属反射器与圆屋顶型减反射层,设计了nano-dome1型太阳能电池结构。研究过程对屋顶结构的宽度和高度进行了优化分析,并仔细探讨了该结构的光吸收增强机制,获得的最优结构短路电流为21.9016mA/cm2。 其次,结合金属光栅与圆屋顶型减反射层,设计了nano-dome2型太阳能电池结构。研究过程主要对金属光栅的宽度、高度、周期等进行了优化分析,发现最优结构的有源层有效厚度仅为26nm,而平均有源层吸收率则达到了71.3%。同时,我们还研究了非对称性和入射光角度对于nano-dome2型结构吸收率的影响。 第三,.在纳米线阵列型太阳能电池中嵌入了金属内部电极结构,并对其从材料、形状以及尺寸上进行了优化分析,发现银质三角形金属内部电极性能最好,当其半高和半宽均为70nm时,纳米线太阳能电池的短路电流最大为26.2833mA/cm2。 第四,设计了一种由叶片和金属芯组成的风轮型太阳能电池结构。我们首先对7根等腰三角形纳米线叶片的底角进行了优化,发现当底角为29°时,电池平均吸收率最大,为89.12%,并基于此优化了圆柱形金属电极,发现当半径为20nm时,电池吸收率最强。 【关键词】：太阳能电池 表面等离子体 光陷结构 有限元方法
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 太阳能电池研究背景9-10
• 1.2 太阳能电池光陷结构研究进展10-13
• 1.2.1 背部反射器10
• 1.2.2 光子晶体结构10-11
• 1.2.3 前端减反射层11
• 1.2.4 金属等离子体光陷结构11-13
• 1.3 研究目标和主要内容13-14
• 1.4 本章小结14-15
• 第二章 理论基础15-25
• 2.1 太阳能电池工作原理15-18
• 2.1.1 太阳能电池的基本结构15-16
• 2.1.2 光生伏特效应16-17
• 2.1.3 太阳能电池性能参数17-18
• 2.2 表面等离子体效应18-20
• 2.2.1 表面等离子体激元(Surface Plasmon Polariton,SPP)18-19
• 2.2.2 局域表面等离子体(Localized Surface Plasmons,LSPs)19-20
• 2.3 电磁场理论与有限元方法20-24
• 2.3.1 电磁场理论21-23
• 2.3.2 有限元方法(FEM)简介23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 平板型太阳能电池等离子体光陷结构25-39
• 3.1 nano-dome 1型太阳能电池光陷结构设计25-28
• 3.1.1 理论模型25-26
• 3.1.2 结果与分析26-28
• 3.1.3 结论28
• 3.2 nano-dome 2型太阳能电池光陷结构设计28-37
• 3.2.1 理论模型29-30
• 3.2.2 结果与分析30-37
• 3.2.3 结论37
• 3.3 本章小结37-39
• 第四章 纳米线型太阳能电池等离子体光陷结构39-52
• 4.1 纳米线型太阳能电池中内部金属电极设计39-46
• 4.1.1 理论模型39-40
• 4.1.2 结果与分析40-46
• 4.1.3 结论46
• 4.2 涡轮型太阳能电池光陷结构设计46-51
• 4.2.1 论模型46-47
• 4.2.2 结果与分析47-51
• 4.2.3 结论51
• 4.3 本章小结51-52
• 第五章 总结52-54
• 参考文献54-57
• 致谢57-58
• 攻读学位期间发表的学术论文58

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