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)分界面的時候，必定會伴隨反射現(xiàn)象的發(fā)生，形成反射的同時又會產(chǎn)生能量的損失。如果反射加強，光學(xué)元件進行光電轉(zhuǎn)換時效率就會降低。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,簡寫為RCWA）設(shè)計了一維周期性光學(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。
　　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)特性進行了研究，并模擬了其計算結(jié)果，驗證了程序的正確性，并對其中一種結(jié)構(gòu)進行了參數(shù)優(yōu)化。
　　論文設(shè)計了光柵層（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，運用嚴(yán)格耦合波分析方法對兩種微結(jié)構(gòu)的光吸收率進行了數(shù)值計算。討論了級數(shù)、占

3、空比以及相對高度比三個參數(shù)對一維微結(jié)構(gòu)的光吸收率的影響，并將兩種結(jié)構(gòu)的光吸收特性進行了對比。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)其斐波納契級數(shù)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(nèi)這種結(jié)構(gòu)的平均光吸收率達到最高值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兩種結(jié)構(gòu)光吸收的影響，

4、分析討論了不同膜厚對應(yīng)結(jié)構(gòu)的光吸收，并對兩種結(jié)構(gòu)鍍膜后的光吸收性能進行了對比。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)斐波納契級數(shù)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(nèi)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(guān)微結(jié)構(gòu)的設(shè)計以及進一步提高能量轉(zhuǎn)換效率提供了一定的理論