1　緒論

1.1　研究背景和意義

能源短缺和環(huán)境污染是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展面臨的兩個(gè)非常重大的問題，緩和并最終解決上述兩個(gè)問題的有效方法就是發(fā)展清潔與可再生能源。太陽能作為一種清潔無污染并且蘊(yùn)藏豐富的能源形式得到了越來越多的關(guān)注和研究。在諸多的太陽能利用方式中，光伏發(fā)電技術(shù)憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)成為了發(fā)展最快并且最有發(fā)展前景的方向。

與傳統(tǒng)的化石燃料發(fā)電技術(shù)相比，太陽能光伏發(fā)電具備很多優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)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(jié)合，實(shí)現(xiàn)小規(guī)模發(fā)電并能夠就地供電；④容易被使用者接受。由此可見，光伏發(fā)電將在能源消費(fèi)體系中占據(jù)重要地位。

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［1-3］。以晶體硅太陽能電池為例，硅平面對(duì)入射太陽光的反射率高達(dá)30%～40%，因此減少硅表面對(duì)入射太陽光的反射損失是提高太陽能電池轉(zhuǎn)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(shù)是構(gòu)造表面陷光結(jié)構(gòu)，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(gòu)造隨機(jī)或規(guī)則的結(jié)構(gòu)來增加太陽光反彈回電池表面的概率，以達(dá)到多次吸收的目的來提高吸收率。

與此同時(shí)，隨著航天技術(shù)、材料工業(yè)、能源工程、信息技術(shù)及高集成度微電子器件和微加工技術(shù)的迅速發(fā)展，越來越多的研究開始邁向微納米尺度領(lǐng)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(dāng)或較之更小。此時(shí)，由于尺度效應(yīng)，尤其是波的干涉效應(yīng)和光子隧道效應(yīng)的影響，其輻射特性和傳輸特性都會(huì)與傳統(tǒng)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(jié)構(gòu)能對(duì)物體的輻射特性產(chǎn)生巨大的影響，這主要是由于微結(jié)構(gòu)能夠引起多重反射和衍射效應(yīng)，產(chǎn)生多種異常輻射現(xiàn)象［15］。因此，通過構(gòu)造表面微結(jié)構(gòu)能夠有效地調(diào)控物體的光譜輻射特性和方向輻射特性。表面微結(jié)構(gòu)的獨(dú)特輻射特性及其對(duì)輻射的調(diào)控能力在許多能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)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(jié)構(gòu)的獨(dú)特輻射特性及其在能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，可以把表面微結(jié)構(gòu)應(yīng)用到太陽能電池陷光結(jié)構(gòu)中。表面微結(jié)構(gòu)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。