薄层太阳能电池中模式分析和吸收性能研究.pdf

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摘要

基于 SPPs 的亚波长光学成为光学和光子学中发展最为迅速的研究方向之一。
利用金属纳米结构光散射,近场增强以及高度局域的表面等离子体共振能够很好
的增强薄膜太阳电池的光吸收,提高电池的转换效率。该技术既可以用在传统的
硅电池上也可以用在薄膜电池上,尤其适用于陷光结构的薄层太阳能电池中,并
且易于和传统的电池制造工艺相结合,有实现商业化的潜力。基于这一背景,本
课题提出并完成了硅基金属纳米结构太阳能电池部分研究。
本文利用 VC 和 Matlab 结合再现整个硅基金属纳米结构太阳能电池的模式提
取和光吸收过程,方便了程序的调试,从理论上分析和研究了底层为纳米金属槽
结构的薄层非晶硅太阳能电池的光吸收情况。利用 RCWA 方法从总场中提取出
包括表面等离子体(SPP)模式和光子模式(PM)的可传播的束缚模式波,并且
量化的估计了这两种模式的波在光吸收中占据的重要作用。我们的结果显示从总
场中除去这两种束缚波后的剩余场对光吸收产生的作用居于主导地位。在定量分
析的基础上,表明这种底层金属槽状结构对光吸收产生的影响主要来自于金属槽
散射产生的非束缚模式的作用,相反,SPP 和 PM 的模式波在对光吸收产生的作
用上并不是居于主导地位。

关键词: 薄层太阳能电池表面等离子体严格耦合波分析
ABSTRACT
The most rapid development in the field of Optics and Photonics is surface
plasmon subwavelength optics. Take advantage of light scattering, near-field
enhancement and the highly local surface plasma resonance of Metallic nanostructure
all could enhance the light absorption and improve conversion efficiency of thin film
solar cell Very well. The technology could not only be used in traditional silicon cell,
but also thin film solar cell, Especially suitable for the light trap structure of thin film
cell, in addition it could bined with manufacturing process of the traditional
battery, have mercial potential, Based on this background, this topic proposed
pleted parts of research on the silicon solar cell.
bining use of VC and Matlab in this paper it reappeared the whole
process of the model extraction and light absorption of the thin-film solar cells, and
also make the program debug conveniently. Light absorption by thin-film amorphous
Si (a-