全方位高效光管理纳米结构的设计及其性能研究
发布时间：2022-01-24 21:21
近年来,随着人类社会经济的快速发展,环境污染和气候变化问题日益凸显,人们对可再生清洁能源产生了极大兴趣。太阳能凭借其存储量巨大、分布广泛等优势,成为了最具发展潜力的可再生清洁能源之一。光伏器件可以将太阳能转换为电能,为人们高效利用太阳能提供了一种行之有效的手段。太阳电池是目前应用最广泛的光伏器件。然而大多数太阳电池材料用量大、性能较差,所以其性价比较低。因此,开发并制备高性能且材料用量少的太阳电池是目前重要的研究方向之一。亚微米/纳米光管理结构可以在减少材料使用量的同时提升太阳电池的性能,从而提升太阳电池的性价比。本文提出了纳米方形光阱陷光结构和纳米管陷光结构,并通过对砷化镓（gallium arsenide,GaAs）和多晶硅（polycrystalline silicon,poly-Si）两种主要的半导体材料进行光学和电学模拟计算,研究了以上两种陷光结构的光学和电学性能。本论文的主要研究内容如下:（1）对于纳米方形光阱陷光结构,分别基于GaAs和poly-Si材料进行光学和电学模拟。通过光学模拟发现,对于GaAs材料,在较大的结构参数范围内,该结构都具有良好的陷光能力。当光阱结构的...
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光伏效应示意图
兰州大学硕士学位论文全方位高效光管理纳米结构的设计及其性能研究152.2.1差分方法：时域有限差分法使用中心差分格式和直角坐标系对麦克斯韦旋度方程进行差分离散。由于在空间中电场和磁场交替排布，我们将电场和磁场分别进行划分，划分电场的网格称为电网格（如图2-1（a）），同理，划分磁场的网格称为磁网格，电网格和磁网格的位置关系如图2-1（b）所示。麦克斯韦旋度方程为：×(,)=(,)+(,).....................（2-1）（a）×(,)=(,)(,).................（2-1）（b）式中H为磁场强度，E为电场强度，ε为介电常数，μ为磁导率，σ和σm分别为电导率和磁损耗。将式（2-1）转换为在直角坐标系中的分量方程可得：=........................（2-2）（a）=........................（2-2）（b）=.........................（2-2）（c）=..........................（2-2）（d）=.........................（2-2）（e）=..........................（2-2）（f）若以电网格为参考系，则离散化的电磁场可以表示为：图2-1Yee差分格式中电场和磁场的位置[2]
兰州大学硕士学位论文 全方位高效光管理纳米结构的设计及其性能研究 光源的光谱范围，太阳光的能量主要分布在 1-4 eV 之间，如图 2-2 所示。由于不同材料的禁带宽度不同，材料并不会吸收能量小于其禁带宽度的入射光，如GaAs 材料的禁带宽度是 1.4 eV，Ga As 材料并不会吸收能量小于 1.4 eV 光谱范围内的光，因此在模拟时，没有必要加入能量小于 1.4 eV 的光谱。软件所使用的光源是归一化的平面波，即光源的总功率为 1。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Large-scale, adhesive-free and omnidirectional 3D nanocone anti-reflection films for high performance photovoltaics[J]. Lei Tang,Kwong-Hoi Tsui,Siu-Fung Leung,Qianpeng Zhang,Matthew Kam,Hsin-Ping Wang,Jr-Hau He,Zhiyong Fan. Journal of Semiconductors. 2019(04)
[2]Preparation of pyramid-SiNWs binary structure with Ag nanoparticles-assisted chemical etching[J]. Zi-Long Zhang,Bo Wang,Yu Chen,Yun-Hui Tang,Xue-Mei Song,Qing-Liu Li,Hui Yan. Rare Metals. 2019(04)
硕士论文
[1]半导体纳米墙阵列的设计及光电学性能研究[D]. 王江.兰州大学 2019
[2]半导体纳米/亚微米光管理结构的设计及性能研究[D]. 陈鑫宇.兰州大学 2018
本文编号：3607322
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光伏效应示意图
兰州大学硕士学位论文全方位高效光管理纳米结构的设计及其性能研究152.2.1差分方法：时域有限差分法使用中心差分格式和直角坐标系对麦克斯韦旋度方程进行差分离散。由于在空间中电场和磁场交替排布，我们将电场和磁场分别进行划分，划分电场的网格称为电网格（如图2-1（a）），同理，划分磁场的网格称为磁网格，电网格和磁网格的位置关系如图2-1（b）所示。麦克斯韦旋度方程为：×(,)=(,)+(,).....................（2-1）（a）×(,)=(,)(,).................（2-1）（b）式中H为磁场强度，E为电场强度，ε为介电常数，μ为磁导率，σ和σm分别为电导率和磁损耗。将式（2-1）转换为在直角坐标系中的分量方程可得：=........................（2-2）（a）=........................（2-2）（b）=.........................（2-2）（c）=..........................（2-2）（d）=.........................（2-2）（e）=..........................（2-2）（f）若以电网格为参考系，则离散化的电磁场可以表示为：图2-1Yee差分格式中电场和磁场的位置[2]
兰州大学硕士学位论文 全方位高效光管理纳米结构的设计及其性能研究 光源的光谱范围，太阳光的能量主要分布在 1-4 eV 之间，如图 2-2 所示。由于不同材料的禁带宽度不同，材料并不会吸收能量小于其禁带宽度的入射光，如GaAs 材料的禁带宽度是 1.4 eV，Ga As 材料并不会吸收能量小于 1.4 eV 光谱范围内的光，因此在模拟时，没有必要加入能量小于 1.4 eV 的光谱。软件所使用的光源是归一化的平面波，即光源的总功率为 1。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Large-scale, adhesive-free and omnidirectional 3D nanocone anti-reflection films for high performance photovoltaics[J]. Lei Tang,Kwong-Hoi Tsui,Siu-Fung Leung,Qianpeng Zhang,Matthew Kam,Hsin-Ping Wang,Jr-Hau He,Zhiyong Fan. Journal of Semiconductors. 2019(04)
[2]Preparation of pyramid-SiNWs binary structure with Ag nanoparticles-assisted chemical etching[J]. Zi-Long Zhang,Bo Wang,Yu Chen,Yun-Hui Tang,Xue-Mei Song,Qing-Liu Li,Hui Yan. Rare Metals. 2019(04)
硕士论文
[1]半导体纳米墙阵列的设计及光电学性能研究[D]. 王江.兰州大学 2019
[2]半导体纳米/亚微米光管理结构的设计及性能研究[D]. 陈鑫宇.兰州大学 2018
本文编号：3607322
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