硅纳米陷光结构的制备及反射率研究

发布时间：2020-11-03 19:42

　　 当今社会日益加剧的能源需求和资源短缺使得人们急需开发利用新的清洁能源,太阳能电池作为一种可持续的能源利用方法越来越受到重视,其中晶体硅太阳能电池以其安全、高效等特点一直占领着全球光伏市场的主流地位。目前晶体硅太阳能电池仍需要提高其光电转换效率,减少电池表面的反射损失是提高其效率的重要手段。在硅表面制备纳米陷光结构能够有效降低电池表面反射率,从而提高太阳能电池效率。本文采用一种时域有限差分法(Finite Difference Time Domain:FDTD)对不同的纳米柱结构进行模拟计算,分析了占空比、周期和高度对周期结构反射率的影响,对纳米结构的参数进行优化。同时对非严格周期排列的纳米柱结构也进行了模拟计算,并与周期性结构的反射率对比。在实验部分,选用阳极氧化铝薄膜作为掩模板,采用电子束蒸发制备纳米金属颗粒阵列,进一步采用电感耦合等离子刻蚀制备了不同周期、高度的纳米柱阵列结构。对金属纳米阵列和硅纳米柱阵列进行形貌表征,分析刻蚀时间对纳米柱尺寸的影响,对纳米柱结构的反射率进行了测量,并与模拟结果作对比。模拟结果表明周期性纳米柱结构在占空比为0.8,周期为300 nm-400 nm以及高度为200 nm时,表现出更好的陷光特性。非严格周期米柱结构与周期纳米柱结构的反射率曲线的波动性类似,在大角度入射下周期结构的平均反射率较低,但总体陷光效果差别不大。实验采用不同孔径的薄膜制备了高度不同的硅纳米柱阵列结构,随着刻蚀时间的增加,纳米柱直径逐渐下降,而纳米柱的高度基本呈线性增长。本文获得了平均反射率远远低于平面硅结构的硅纳米柱陷光结构,且反射率测量结果与模拟结果一致。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM914.4;TQ127.2
【部分图文】：

方法减少光的损失。硅太阳能电池在实际应用电效率，优秀的抗氧化稳定性以及较长的工作寿阳能电池的转换效率与其在理想状态下的 30%还过程的影响，太阳能电池对于光的转换效率并不效率，通常有以下几种方式：改善电池的电学结能分别到达电极，产生更大的电流电压[14,15]；改太阳光的反射，减少光学损失[16-18]；优化太阳能电接照射到太阳能电池表面[19]。能电池光电转换效率的最大因素就是光学损失，阳光不能被材料吸收，以热能的形式耗散。因此以最大限度地提高其输出功率是至关重要的。微能的提高起着重要的推进作用，在硅基太阳能电光伏行业研究的热点之一[20-28]。

也限制了抗反射介质薄膜的应用[30-32]。将纳米陷光结构用于太阳能电池表面的方法起源于人们对飞蛾的复眼结构现。1962 年，科学家 C.G.Bernhard 等人[33]研究发现，飞蛾在夜间飞行极具隐蔽由于其眼睛表面是由六角形排列的圆锥形纳米阵列构成的，对于入射光线反射低。该阵列结构的纳米圆锥平均高度约为 200 nm，间隔约为 300 nm，其形状 1-2 所示。此结构的特征尺寸小于入射光波长，其表面的折射率连续变化，光其中发生多次反射作用而无法逸出结构表面，有效抑制反射损失，能够在较宽段内实现陷光作用。利用半导体制造技术以及微纳制备技术将这种类似于飞蛾的结构应用于太阳能电池表面，能够有效降低光学损失，提高光电转换效率。陷光结构可以通过优化设计来改变结构参数，组合出最合适的陷光结构，这是薄膜所不具备的优点，而且结合现有的微纳加工技术进行制备，更具有灵活4,35]。此外，蛾眼结构能够实现宽光谱、大角度入射光的陷光作用，同时还解决膜材料不匹配、稳定性差的问题。

硅纳米线VSL生长原理图
【参考文献】

相关期刊论文 前5条

1 张秀清;李艳红;张超;;太阳能电池研究进展[J];中国材料进展;2014年07期

2 孙乃忠;秦虎;刘树军;;太阳能电池材料发展和前景[J];新材料产业;2014年08期

3 周涛;陆晓东;张明;李媛;刘爱民;伦淑娴;;晶硅太阳能电池发展状况及趋势[J];激光与光电子学进展;2013年03期

4 蒋玉荣;秦瑞平;蔡方敏;杨海刚;马恒;常方高;;硅纳米线阵列的制备及光伏性能[J];硅酸盐学报;2013年01期

5 殷志刚;;太阳能光伏发电材料的发展现状[J];可再生能源;2008年05期

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1 张伟;光伏电池表面微结构制备及其抗反射性能研究[D];江苏大学;2012年

本文编号：2869016