太阳能电池中硅纳米线列阵光学特性的数值研究

摘要

硅纳米线排列具有良好的光学和电学特性，在太阳能电池的应用上引起了广泛的关注。硅纳米线的形状、尺寸、排列模式都会对其光学特性产生影响。本文运用数值模拟计算方法研究了三种硅纳米线形状及它们的三种排列方式对光学特性的影响。三种硅纳米线形状分别为:柱形、锥形、柱形-锥形间隔，三种硅纳米线排列方式分别为:正方形、三角形、六边形。
　　 本论文主要研究硅纳米线排列对入射光为0.3μm～1.2μm波段内的光学特性，运用严格耦合波理论计算了柱形、锥形、柱形-锥形间隔硅纳米线分别按正方形、三角形、六边形排列时不同周期、占空比下对应的光吸收率。从中分析硅纳米线形状及其排列方式对光学特性的影响，并优化得到光吸收率最佳的硅纳米线排列组合。
　　 对计算结果进行分析得到主要结论有:1）适当增大硅纳米线结构的周期和占空比能使得吸收率曲线往长波段处移动，一定范围内增加硅纳米线的占空比和周期能有效的增加其光吸收效率;2）硅纳米线排列方式相同时，不同形状硅纳米线的结构参数对光学特性的影响会产生差异;3）硅纳米线形状不变时，不同排列方式的硅纳米线结构参数对光学特性的影响也不同，且获得的最大光吸收效率及对应的结构参数也产生差异，在所研究的硅纳米线排列中按六边形排列的柱形-锥形硅纳米线获得最大光吸收效率为34.67％。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 太阳能电池概述

1．3 本论文的研究意义与内容安排

1．3．1 本论文的研究意义

1．3．2 本论文的研究内容与安排

第二章 太阳能电池中硅纳米线应用的研究现状及方法

2．1 太阳能电池中硅纳米线应用的研究现状

2．1．1 太阳能电池中硅纳米线的特性

2．1．2 太阳能电池中硅纳米线的实验研究现状

2．1．3 太阳能电池中硅纳米线的理论研究现状

2．2 硅纳米线光学特性的数值模拟方法

2．2．1 常用的数值模拟方法

2．2．2 严格耦合波分析方法(RCWA)

2．3 本章小结

第三章 硅纳米线列阵中纳米线形状对其光学特性的影响

3．1 正方形排列的柱形硅纳米线对光学特性的影响

3．1．1 正方形排列的柱形硅纳米线结构

3．1．2 柱形硅纳米线的占空比对光学特性的影响

3．1．3 柱形硅纳米线的周期对光学特性的影响

3．1．4 柱形硅纳米线结构参量的选取

3．2 正方形排列的锥形硅纳米线对光学特性的影响

3．2．1 正方形排列的锥形硅纳米线结构

3．2．2 锥形硅纳米线的占空比对光学特性的影响

3．2．3 锥形硅纳米线的周期对光学特性的影响

3．2．4 锥形硅纳米线结构参量的选取

3．3 正方形排列的柱形-锥形间隔硅纳米线对光学特性的影响

3．3．1 正方形排列的柱形-锥形间隔硅纳米线结构

3．3．2 柱形-锥形间隔硅纳米线的占空比对光学特性的影响

3．3．3 柱形-锥形间隔硅纳米的周期对光学特性的影响

3．3．4 柱形-锥形间隔硅纳米线结构参量的选取

3．4 模拟结果的讨论分析

3．5 本章小结

第四章 硅纳米线列阵中纳米线排列方式对其光学特性的影响

4．1 纳米线排列方式对柱形硅纳米线光学特性的影响

4．1．1 三角形、六边形排列的柱形硅纳米线结构

4．1．2 三角形排列的柱形硅纳米线占空比对光学特性的影响

4．1．3 三角形排列的柱形硅纳米线周期对光学特性的影响

4．1．4 六边形排列的柱形硅纳米线占空比对光学特性的影响

4．1．5 六边形排列的柱形硅纳米线周期对光学特性的影响

4．1．6 柱形硅纳米线结构参量的选取

4．2 纳米线排列方式对锥形硅纳米线光学特性的影响

4．2．1 三角形、六边形排列的锥形硅纳米线结构

4．2．2 三角形排列的锥形硅纳米线占空比对光学特性的影响

4．2．3 三角形排列的锥形硅纳米线周期对光学特性的影响

4．2．4 六边形排列的锥形硅纳米线占空比对光学特性的影响

4．2．5 六边形排列的锥形硅纳米线周期对光学特性的影响

4．2．6 锥形硅纳米线结构参量的选取

4．3 纳米线排列方式对柱形-锥形间隔硅纳米线光学特性的影响

4．3．1 三角形、六边形排列的柱形-锥形间隔硅纳米线结构

4．3．2 三角形排列的柱形-锥形间隔硅纳米线占空比对光学特性的影响

4．3．3 三角形排列的柱形-锥形间隔硅纳米线周期对光学特性的影响

4．3．4 六边形排列的柱形-锥形间隔硅纳米线的占空比对光学特性的影响

4．3．5 六边形排列的柱形-锥形间隔硅纳米线的周期对光学特性的影响

4．3．6 柱形-锥形间隔硅纳米线结构参量的选取

4．4 模拟结果的讨论分析

4．5 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间已发表和待发表的论文