太阳能电池表面光栅吸收辐射特性研究

摘要

光伏发电技术凭借其独特的优势成为了当今发展最快且最有发展前景的新能源技术之一。太阳能电池作为光伏发电技术的核心，面临两个发展瓶颈：成本高和效率低。表面微结构具有独特的辐射特性，其可用作太阳能电池陷光结构，来提高光伏发电的效率。本文主要研究了一维和二维晶体硅光栅作为太阳能电池吸收表面的光谱辐射特性和方向辐射特性。
　　本文利用严格耦合波分析法(RCWA)研究了结构参数对一维简单光栅吸收率的影响，发现一维简单硅光栅存在吸收峰值较窄且对角度依赖较大的劣势。为解决此问题，提出了两种一维复杂凹形光栅结构。利用RCWA法对一维复杂凹形光栅的辐射特性进行研究，并采用田口法进行结构优化。结果表明：在横磁波（TM波）入射时，一维复杂凹形光栅能充分利用异常辐射现象对光谱吸收率进行调控，其吸收峰值较宽且对角度依赖性不大；但在横电波（TE波）入射时，一维复杂光栅的吸收率较不理想。
　　为解决一维光栅在TE波入射下吸收率较低的问题，提出了一种二维复杂凸形光栅结构和两种二维复杂凹形光栅结构。利用时域有限差分法(FDTD)对上述三种二维复杂光栅的辐射特性进行研究，并采用田口法进行结构优化。研究发现：上述三种二维复杂光栅在横磁波和横电波入射时都能得到较优的吸收特性，并且其对角度的依赖特性很好。所以，本文提出的光栅结构可以用作太阳能电池陷光结构，能够提高太阳能电池对入射光的吸收效率。

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1 绪 论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要内容

2 辐射特性数值计算方法和异常辐射现象

2.1 表面微结构辐射特性的数值计算方法

2.2 微结构中的异常辐射现象

2.3 本章小结

3太阳能电池表面一维光栅吸收辐射特性的研究

3.1 一维简单光栅辐射特性研究

3.2 一维复杂凹形光栅辐射特性研究

3.3 本章小结

4 太阳能电池表面二维光栅吸收辐射特性的研究

4.1 二维凸形光栅辐射特性研究

4.2 二维凹形光栅辐射特性研究

4.3 本章小结

5 全文总结及展望

5.1 全文总结

5.2 后续工作展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间的科研成果

一、研究生期间的主要学术成果

二、研究生期间参与的科研项目