基于納米結(jié)構(gòu)的太陽能電池的研究.pdf

1、世界上最豐富的可再生能源就是太陽能，而對太陽能高效利用最有前景的一種方式是太陽能電池。太陽能電池從發(fā)明到現(xiàn)在，已經(jīng)有200多年了。然而太陽能電池在能源領(lǐng)域的應(yīng)用卻依然無法與傳統(tǒng)能源所抗衡。阻礙太陽能電池大規(guī)模應(yīng)用的原因主要有兩個:相對較低的光電轉(zhuǎn)換效率和較高的制造成本。為了解決這兩個問題，目前有大量的研究工作圍繞納米結(jié)構(gòu)的太陽能電池而展開，以提高太陽能電池的表現(xiàn)。
　　本文研究的第一個對象是納米線太陽能電池。納米線是直徑在幾十到幾

2、百納米，長度為數(shù)微米的半導(dǎo)體圓柱。它有非常好的減反射效果。本文將有限元方法應(yīng)用于納米線光學(xué)特性的理論計算，建立了納米線的光學(xué)模型。本文對同質(zhì)結(jié)與異質(zhì)結(jié)納米線的光學(xué)特性分別進行了研究。本文首先利用有限元方法求解麥克斯韋方程組，計算得出GaAs同質(zhì)結(jié)納米線的反射率、透射率和吸收率。模型的反射率模擬結(jié)果與刻蝕制作的GaAs納米線反射率實驗結(jié)果進行了比對。模型的反射率模擬結(jié)果與VLS生長制作的GaAs納米線反射率實驗結(jié)果也進行了比對。在AM1.

3、5G太陽光光譜條件下，本文計算得出了讓電池吸收率和產(chǎn)生的短路電流達到最大的納米線直徑，周期（納米線間距）與長度。本文計算了納米線頂端的Au顆粒（VLS生長納米線時產(chǎn)生的）對電池最大電流密度的影響。本文計算了納米線之間填充的有機物與ITO透明電極對電池最大電流密度的影響。納米線光學(xué)模擬的另一個研究重點是AM1.5G條件下，Si襯底上異質(zhì)結(jié)納米線光學(xué)特性的數(shù)值模擬。本文計算了直徑在100nm-250nm之間、周期在250-1000nm，長度

4、為5μm的雙結(jié)納米線光生電流密度。本文研究了納米線的禁帶寬度對于光生電流密度的影響。本文計算了Si襯底上不同禁帶寬度的納米線在滿足電流匹配條件下的最佳直徑與周期。本文根據(jù)模擬得到的納米線直徑與周期，結(jié)合電子束曝光與感應(yīng)耦合等離子體刻蝕的方法，在GaAs襯底上制作了GaAs納米線。
　　本文另一個研究對象是納米結(jié)構(gòu)菲涅爾透鏡。本文將有限元方法應(yīng)用于納米結(jié)構(gòu)菲涅爾透鏡光學(xué)特性的理論計算，建立了納米結(jié)構(gòu)菲涅爾透鏡的光學(xué)模型。本文利用有限