1　緒論

1.1　研究背景和意義

能源短缺和環境污染是當今社會發展面臨的兩個非常重大的問題，緩和并最終解決上述兩個問題的有效方法就是發展清潔與可再生能源。太陽能作為一種清潔無污染并且蘊藏豐富的能源形式得到了越來越多的關注和研究。在諸多的太陽能利用方式中，光伏發電技術憑借其獨特的優勢成為了發展最快并且最有發展前景的方向。

與傳統的化石燃料發電技術相比，太陽能光伏發電具備很多優勢，主要體現在：①資源豐富，并且資源分布不受地域限制；②清潔可靠，無污染無噪聲；③可與建筑物的屋頂和墻面結合，實現小規模發電并能夠就地供電；④容易被使用者接受。由此可見，光伏發電將在能源消費體系中占據重要地位。

太陽能電池作為光伏發電技術的核心，面臨兩個發展瓶頸：成本高和效率低［1-3］。以晶體硅太陽能電池為例，硅平面對入射太陽光的反射率高達30%～40%，因此減少硅表面對入射太陽光的反射損失是提高太陽能電池轉換效率的有效途徑［4］。目前，使用較廣泛的太陽能電池表面減反技術是構造表面陷光結構，如在太陽能電池表面蒸鍍減反膜［5］以及表面制絨［6-11］。其中，表面制絨是通過構造隨機或規則的結構來增加太陽光反彈回電池表面的概率，以達到多次吸收的目的來提高吸收率。

與此同時，隨著航天技術、材料工業、能源工程、信息技術及高集成度微電子器件和微加工技術的迅速發展，越來越多的研究開始邁向微納米尺度領域。所謂微納米尺度就是物體的特征尺寸與熱輻射波長相當或較之更小。此時，由于尺度效應，尤其是波的干涉效應和光子隧道效應的影響，其輻射特性和傳輸特性都會與傳統的宏觀尺度下的輻射換熱問題存在較大差異［12-14］。研究表明，表面微結構能對物體的輻射特性產生巨大的影響，這主要是由于微結構能夠引起多重反射和衍射效應，產生多種異常輻射現象［15］。因此，通過構造表面微結構能夠有效地調控物體的光譜輻射特性和方向輻射特性。表面微結構的獨特輻射特性及其對輻射的調控能力在許多能量轉換系統中具有廣泛的應用，如熱光伏裝置［16］、紅外熱像儀［17-19］以及航天器溫度控制［20-21］等。

考慮到表面微結構的獨特輻射特性及其在能量轉換系統中的廣泛應用，可以把表面微結構應用到太陽能電池陷光結構中。表面微結構作為太陽能電池吸收表面不僅可以通過多次反射增加太陽光的傳播路徑和吸收概率，還可以通過與電磁波的耦合作用引入額外的光來增加吸收。