5　總結與展望

5.1　總結

鑒于表面微結構的獨特輻射特性，本文提出了五種光柵結構：兩種一維復雜凹形光柵結構、一種二維復雜凸形光柵結構和兩種二維復雜凹形光柵結構，作為太陽能電池陷光結構，以提高太陽能電池對入射光的吸收特性。利用嚴格耦合波分析法和時域有限差分法研究了不同光柵結構的光譜輻射特性和方向輻射特性，并比較了不同光柵結構的吸收特性。為得到吸收率較優的光柵結構，本文還采用田口法進行結構優化。

本文的主要工作內容和研究成果總結如下：

（1）本文利用嚴格耦合波分析法研究了背脊高度（或凹槽深度）、填充比以及入射角對一維簡單光柵吸收特性的影響，發現一維簡單硅光柵存在吸收峰值較窄，并且對入射角度依賴較大的劣勢，此問題使得一維簡單光柵不適合做太陽能電池吸收表面。

（2）為解決一維簡單光柵中存在的問題，本文提出了兩種一維復雜凹形光柵結構，即一個光柵周期內包含三個凹槽深度不同的簡單光柵的一維復雜凹形光柵Ⅰ和一個光柵周期內包含兩個凹槽深度不同的簡單光柵的一維復雜凹槽光柵Ⅱ。通過對一維復雜凹形光柵光譜輻射特性和方向輻射特性的研究發現：①在TM波入射時，一維復雜凹形光柵能在整個計算波段范圍內對光譜吸收特性進行調控，其吸收率峰值較寬且對角度依賴性不大；②在TE波入射時，一維復雜凹形光柵的吸收特性不太理想。雖然一維復雜凹形光柵不能在TM波和TE波入射下均表現出較好的吸收特性和方向特性，但是其結構簡單且易于加工，所以一維復雜凹形光柵可以作為太陽能電池陷光結構。

（3）為解決一維光柵在TE波入射下吸收率較低的問題，本文提出用二維光柵作為太陽能電池陷光結構。首先利用時域有限差分法研究了二維復雜凸形光柵Ⅲ的吸收特性和角度依賴特性。通過比較二維復雜凸形光柵、二維簡單凸形光柵以及一維復雜凸形光柵的吸收特性，發現二維復雜凸形光柵在TM和TE波入射下均具有較好的吸收特性；并且其角度依賴特性滿足太陽能電池的應用需求。

（4）考慮到二維復雜凸形光柵加工較為復雜，本文利用時域有限差分法研究了結構參數對二維簡單凹形光柵輻射特性的影響，發現當填充比在0.8～0.9范圍內、光柵周期在80～120nm范圍內、凹槽深度在60～110nm范圍內時，二維簡單光柵能夠得到相對較高的吸收率，但是平均吸收率的值均低于0.9。

（5）為解決二維簡單凹形光柵存在的平均吸收率不高的問題，本文最后提出了兩種二維復雜凹形光柵結構，即一個光柵周期內包含兩個沿x軸方向排列且凹槽深度不同的二維簡單凹形光柵的二維復雜凹形光柵Ⅳ和一個光柵周期內包含四個二維簡單凹形光柵的二維復雜凹形光柵Ⅴ。通過對二維復雜凹形光柵輻射特性的研究發現上述兩種二維復雜凹形光柵在TM波和TE波入射時都能得到較優的吸收特性，并且其對角度的依賴特性很好。其中，二維復雜凹形光柵Ⅴ的對稱結構及其在吸收特性上的優勢，使得二維復雜凹形光柵Ⅴ更適合于太陽能電池陷光結構的應用。