光伏与热电子微纳光电转换器件光电增强机制研究

发布时间：2022-07-03 16:35

　　光电转换器件在能源、光电探测、生物传感和医学等领域发挥着至关重要的作用。近年来,随着纳米科技的进步,光电转换器件不断朝着纳米化方向发展。然而,器件小型化导致了光与物质相互作用减弱,降低了光电转换器件的性能。利用纳米光子学原理,引入微纳结构可以有效地控制器件工作过程、增强对光子的操控能力、提高器件的光电转换效率和降低成本。本论文在微纳光伏与热电子光电转换方面做了一系列工作,包括新机理、新结构的科学原理探索、高性能的器件设计以及热电子光电转换的热力学损耗分析和设计策略等。本论文取得的研究成果主要包括以下内容:（1）薄膜太阳电池宽带吸收增强:提出将非晶硅（a-Si:H）层设计成二维光子晶体,增加电池中光学共振密度和强度,使得电池整体对入射光具有近乎理想的吸收。引入适当厚度的中间过渡层解决了由于顶电池与底电池光吸收增强不均衡导致的光电流失配问题,光电转化效率达到了12.67%,相对于平面结构提高了27.72%;为了进一步提高硅（Si）纳米孔阵列（NHs）光伏系统的光吸收效率,本文提出了双直径纳米孔阵列（DNHs）结构。顶层大直径NHs具有较低的有效折射率,实现了纳米结构与空气更好的阻抗匹配;底... 

【文章页数】：159 页

【学位级别】：博士

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中文摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究目的与意义
    1.2 太阳电池陷光机制研究进展
        1.2.1 陷光理论
        1.2.2 先进陷光策略
    1.3 金属中热电子光电转换研究进展
    1.4 本论文主要工作
    本章参考文献
第二章 光伏与热电子光电转换理论
    2.1 太阳电池理论
    2.2 太阳电池陷光与光电转换模拟
        2.2.1 太阳电池陷光模拟
        2.2.2 太阳电池光电模拟
    2.3 热电子的产生
    2.4 热电子的输运
    2.5 热电子的收集
    本章参考文献
第三章 硅基薄膜太阳电池宽带吸收增强
    3.1 引言
    3.2 双直径纳米孔阵列硅基薄膜太阳电池
        3.2.1 双直径纳米孔阵列的陷光设计
        3.2.2 双直径纳米孔阵列光伏器件的光电性能分析
    3.3 光子晶体非晶硅/微晶硅双结薄膜太阳电池
        3.3.1 光子晶体结构设计和电池陷光性能分析
        3.3.2 太阳电池的电学评价和比较
    3.4 本章小结
    本章参考文献
第四章 单根纳米线太阳电池陷光与光电转换
    4.1 引言
    4.2 非同轴核壳结构单根纳米线太阳电池
        4.2.1 非同轴核壳结构SNSCs的光学吸收性能分析
        4.2.2 非同轴核壳结构SNSCs的电学性能及基底的影响
    4.3 非对称纳米孔状单根纳米线太阳光吸收器
        4.3.1 非对称纳米孔状SNSAs的陷光性能研究
        4.3.2 非对称纳米孔状SNSAs的泄露模式和光学响应分析
    4.4 本章小结
    本章参考文献
第五章 纳米线阵列热电子光电探测
    5.1 引言
    5.2 光电探测器结构设计和光学响应
    5.3 光电探测器电学性能分析
    5.4 本章小结
    本章参考文献
第六章 平面多层结构热电子光电探测
    6.1 引言
    6.2 基于微腔共振的平面热电子光电探测
        6.2.1 平面微腔的光学设计
        6.2.2 平面微腔热电子光电探测器的电学响应
        6.2.3 多带探测以及入射角度的影响
    6.3 基于塔姆等离子的平面热电子光电探测
        6.3.1 塔姆等离子的基本特性分析
        6.3.2 基于塔姆等离子的平面热电子光学性能分析
        6.3.3 热电子器件内部的详细输运过程和电学响应
        6.3.4 顶部金层厚度和入射角度对电学性能的影响
    6.4 本章小结
    本章参考文献
第七章 热电子光电转换器件损耗机制分析和优化设计
    7.1 引言
    7.2 热电子光电转换的热力学过程分析
    7.3 热电子光电转换损耗分析及解决策略
    7.4 高效热电子光电转换器件设计
    7.5 平面热电子光电转换器件极限效率
    7.6 本章小结
    本章参考文献
第八章 总结与展望
攻读博士学位期间研究成果
符号及缩略词列表
致谢



本文编号：3655242