太阳能电池微纳抗反射结构研究

摘要

太阳能是一种资源非常丰富，清洁无污的可再生能源。利用太阳能光伏发电是解决当前对能源急迫需求的一项重要技术，而光伏发电对转换效率提出了越来越高的要求。微纳米加工技术制备的微纳结构具有各种优异的性能，尤其是具有抗反射特性的微纳阵列结构能够降低反射率，增加太阳能电池中的光子通量，从而获得更高的转换效率。这些性能优异的微纳抗反射结构为改善太阳能电池性能提供了解决方案，有着非常好的应用前景。
　　本文首先介绍了太阳能电池基本原理，给出了转换效率、填充因子、短路电流、开路电压之间的联系，为后续研制高效率太阳能电池提供理论依据；分析了微纳抗反射结构及其在太阳能电池中的研究现状。并运用严格耦合波分析法与等效介质理论分析计算了微纳结构的光电特性，探讨了在太阳能电池前表面或背面制备微纳抗反射结构的光学优化的方案，以改善太阳能电池性能。
　　利用X射线曝光技术制备了周期约为300nm，高度约为500nm的亚波长光栅阵列结构。分析了X光曝光剂量、PMMA胶、X光掩膜版与样品间距对制备结果的影响。最后测试了该结构的光学特性，由测试结果可知，亚波长光栅阵列降低了反射率，具有很好的抗反射效果。
　　结合紫外光刻、离子束刻蚀与湿法刻蚀技术，在玻璃基底上制备了周期为10μm，深度约5μm微半球孔阵列结构，测试结果表明，同平板无结构的玻璃相比，微半球孔阵列结构的反射率降低了约6％，抗反射性能得到了优化，能够实现更高的转换效率。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2太阳能电池的原理与特性

1.3微纳结构的光电特性及其在太阳能电池中的研究现状

1.4论文的研究目的与意义

第二章 微纳结构的数值计算

2.1引言

2.2麦克斯韦方程

2.3严格耦合波分析法(RCWA)

2.4等效介质理论(EMT)

2.5本章小结

第三章 光学优化

3.1引言

3.2减反膜结构

3.3陷光抗反射结构

3.4聚光系统

3.5本章小结

第四章 亚波长光栅的制备与特性分析

4.1引言

4.2亚波长光栅抗反射原理

4.3亚波长光栅的制备

4.4亚波长光栅的制备工艺分析

4.5亚波长光栅的光学特性分析

4.6本章小结

第五章 微半球孔阵列的制备与特性分析

5.1引言

5.2微半球孔阵列的加工方法

5.3微半球孔阵列的制备过程

5.4微半球孔阵列的抗反射特性

5.5微半球孔阵列抗反射原理

5.6转换效率分析

5.7本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文和专利