微納結(jié)構(gòu)提高光伏與LED器件效率研究.pdf

1、由于微納結(jié)構(gòu)所具備的各種光學(xué)特性，使得它能在光電器件中被廣泛引入以實(shí)現(xiàn)其的性能的改進(jìn)。本論文研究關(guān)注能源的高效利用，以光伏和LED器件為研究對(duì)象，綜合考慮目前微納加工主要技術(shù)手段來(lái)提升薄膜硅太陽(yáng)能電池和集成LED器件效率。
　　論文實(shí)驗(yàn)研究之外，先用計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算的方式，在嚴(yán)格耦合波分析的算法下分析計(jì)算了各種典型周期性光柵的衍射特性。并將這種模擬的衍射現(xiàn)象引入到薄膜硅太陽(yáng)能電池的設(shè)計(jì)上，提升光伏器件對(duì)太陽(yáng)光的吸收能力。在對(duì)太陽(yáng)能電

2、池的模擬研究部分，對(duì)非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池引入波浪形光柵的設(shè)計(jì)?；诙S模型下模擬計(jì)算了非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池對(duì) AM1.5太陽(yáng)譜的吸收特性，分析出當(dāng)波浪形光柵周期設(shè)定在0.5μm時(shí)相對(duì)平整的參考電池模型有最大46.44%的吸收提高。而在三維模擬下對(duì)薄膜晶硅太陽(yáng)能電池中引入六角密排拱陣列設(shè)計(jì)出基于六角密排拱陣列的薄膜晶硅太陽(yáng)電池。通過(guò)模擬計(jì)算引入了六角密排拱陣列的薄膜晶硅太陽(yáng)能電池吸收性能，并分析出陣列最佳周期值在0.70μm時(shí)相對(duì)參考電池

3、模型最大吸收提高達(dá)到45.13%。
　　本論文的實(shí)驗(yàn)研究部分主要實(shí)施微陣列結(jié)構(gòu)的加工制備，以及將制備出的微陣列引入到相關(guān)器件上。這部分研究詳細(xì)介紹了玻璃襯底上制備微球孔陣列的工藝流程和PSS工藝以及從PSS工藝制得的藍(lán)寶石上復(fù)制微陣列結(jié)構(gòu)的工藝流程，并且對(duì)制備出的微陣列進(jìn)行了表征、光學(xué)測(cè)量和材料表面性能測(cè)試。玻璃基底上制備的微球孔陣列引入到非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的前襯入光面后實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能電池性能的提升，短路電流增加了7.66%，最大

4、轉(zhuǎn)換效率提高了5.33%。PDMS上復(fù)制出的微錐孔陣列引入到非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池上也實(shí)現(xiàn)了短路電流7.97%的增加和最大轉(zhuǎn)換效率8.8%的提升。在對(duì)集成LED器件封裝工藝的研究中，引入微陣列到器件的封裝聚合物上的方式實(shí)現(xiàn)了器件出光效率的提升。在同種測(cè)試條件下表面帶有微陣列結(jié)構(gòu)封裝的集成LED器件比常規(guī)封裝的器件不同注入電流下器件發(fā)光效率提高23.41%-24.43%，輻射效率提高22.24%-23.94。
　　全文所研究?jī)?nèi)容均與微

5、納結(jié)構(gòu)光學(xué)特性密切相關(guān)，實(shí)驗(yàn)中所用技術(shù)以低成本工藝為主并考慮器件的兼容性。論文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)包括：利用計(jì)算機(jī)模擬的方式設(shè)計(jì)了兩種帶微納結(jié)構(gòu)的薄膜硅太陽(yáng)能電池模型，分析了基于低深寬比微納結(jié)構(gòu)的薄膜太陽(yáng)能電池吸收性能；根據(jù)非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)特性，引入微陣列結(jié)構(gòu)在太陽(yáng)能電池的前襯入光面，實(shí)現(xiàn)光伏器件更加有效的吸收太陽(yáng)光，提升了器件的轉(zhuǎn)換效率；根據(jù)集成LED器件的封裝特點(diǎn)，在封裝聚合物上引入微陣列結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了出光效率的提升。隨著微納加工技術(shù)的