摘要

光伏發(fā)電技術(shù)憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢成為了當(dāng)今發(fā)展最快且最有發(fā)展前景的新能源技術(shù)之一。太陽能電池作為光伏發(fā)電技術(shù)的核心，面臨兩個(gè)發(fā)展瓶頸：成本高和效率低。表面微結(jié)構(gòu)具有獨(dú)特的輻射特性，其可用作太陽能電池陷光結(jié)構(gòu)，來提高光伏發(fā)電的效率。本文主要研究了一維和二維晶體硅光柵作為太陽能電池吸收表面的光譜輻射特性和方向輻射特性。

本文利用嚴(yán)格耦合波分析法（RCWA）研究了結(jié)構(gòu)參數(shù)對一維簡單光柵吸收率的影響，發(fā)現(xiàn)一維簡單硅光柵存在吸收峰值較窄且對角度依賴較大的劣勢。為解決此問題，提出了兩種一維復(fù)雜凹形光柵結(jié)構(gòu)。利用RCWA法對一維復(fù)雜凹形光柵的輻射特性進(jìn)行研究，并采用田口法進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。結(jié)果表明：在橫磁波（TM波）入射時(shí)，一維復(fù)雜凹形光柵能充分利用異常輻射現(xiàn)象對光譜吸收率進(jìn)行調(diào)控，其吸收峰值較寬且對角度依賴性不大；但在橫電波（TE波）入射時(shí)，一維復(fù)雜光柵的吸收率不太理想。

為解決一維光柵在TE波入射下吸收率較低的問題，提出了一種二維復(fù)雜凸形光柵結(jié)構(gòu)和兩種二維復(fù)雜凹形光柵結(jié)構(gòu)。利用時(shí)域有限差分法（FDTD）對上述三種二維復(fù)雜光柵的輻射特性進(jìn)行研究，并采用田口法進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。研究發(fā)現(xiàn)：上述三種二維復(fù)雜光柵在橫磁波和橫電波入射時(shí)都能得到較優(yōu)的吸收特性，并且其對角度的依賴特性很好。所以，本文提出的光柵結(jié)構(gòu)可以用作太陽能電池陷光結(jié)構(gòu)，能夠提高太陽能電池對入射光的吸收效率。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜光柵；陷光結(jié)構(gòu)；RCWA法；FDTD法；異常輻射現(xiàn)象