太阳能电池中硅纳米线列阵光学特性的数值研究

【摘要】：硅纳米线排列具有良好的光学和电学特性,在太阳能电池的应用上引起了广泛的关注。硅纳米线的形状、尺寸、排列模式都会对其光学特性产生影响。本文运用数值模拟计算方法研究了三种硅纳米线形状及它们的三种排列方式对光学特性的影响。三种硅纳米线形状分别为：柱形、锥形、柱形-锥形间隔,三种硅纳米线排列方式分别为：正方形、三角形、六边形。 本论文主要研究硅纳米线排列对入射光为0.3μ m～1.2μ m波段内的光学特性,运用严格耦合波理论计算了柱形、锥形、柱形-锥形间隔硅纳米线分别按正方形、三角形、六边形排列时不同周期、占空比下对应的光吸收率。从中分析硅纳米线形状及其排列方式对光学特性的影响,并优化得到光吸收率最佳的硅纳米线排列组合。 对计算结果进行分析得到主要结论有：1)适当增大硅纳米线结构的周期和占空比能使得吸收率曲线往长波段处移动,一定范围内增加硅纳米线的占空比和周期能有效的增加其光吸收效率；2)硅纳米线排列方式相同时,不同形状硅纳米线的结构参数对光学特性的影响会产生差异；3)硅纳米线形状不变时,不同排列方式的硅纳米线结构参数对光学特性的影响也不同,且获得的最大光吸收效率及对应的结构参数也产生差异,在所研究的硅纳米线排列中按六边形排列的柱形-锥形硅纳米线获得最大光吸收效率为34.67%。 【关键词】：太阳能电池 严格耦合波理论 硅纳米线形状 硅纳米线排列方式
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TB383.1;TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 研究背景10
• 1.2 太阳能电池概述10-12
• 1.3 本论文的研究意义与内容安排12-15
• 1.3.1 本论文的研究意义12-13
• 1.3.2 本论文的研究内容与安排13-15
• 第二章 太阳能电池中硅纳米线应用的研究现状及方法15-26
• 2.1 太阳能电池中硅纳米线应用的研究现状15-20
• 2.1.1 太阳能电池中硅纳米线的特性15-17
• 2.1.2 太阳能电池中硅纳米线的实验研究现状17-18
• 2.1.3 太阳能电池中硅纳米线的理论研究现状18-20
• 2.2 硅纳米线光学特性的数值模拟方法20-25
• 2.2.1 常用的数值模拟方法20-21
• 2.2.2 严格耦合波分析方法(RCWA)21-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第三章 硅纳米线列阵中纳米线形状对其光学特性的影响26-38
• 3.1 正方形排列的柱形硅纳米线对光学特性的影响26-29
• 3.1.1 正方形排列的柱形硅纳米线结构26-27
• 3.1.2 柱形硅纳米线的占空比对光学特性的影响27-28
• 3.1.3 柱形硅纳米线的周期对光学特性的影响28-29
• 3.1.4 柱形硅纳米线结构参量的选取29
• 3.2 正方形排列的锥形硅纳米线对光学特性的影响29-33
• 3.2.1 正方形排列的锥形硅纳米线结构29-30
• 3.2.2 锥形硅纳米线的占空比对光学特性的影响30-31
• 3.2.3 锥形硅纳米线的周期对光学特性的影响31-32
• 3.2.4 锥形硅纳米线结构参量的选取32-33
• 3.3 正方形排列的柱形-锥形间隔硅纳米线对光学特性的影响33-36
• 3.3.1 正方形排列的柱形-锥形间隔硅纳米线结构33
• 3.3.2 柱形-锥形间隔硅纳米线的占空比对光学特性的影响33-34
• 3.3.3 柱形-锥形间隔硅纳米的周期对光学特性的影响34-36
• 3.3.4 柱形-锥形间隔硅纳米线结构参量的选取36
• 3.4 模拟结果的讨论分析36-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第四章 硅纳米线列阵中纳米线排列方式对其光学特性的影响38-59
• 4.1 纳米线排列方式对柱形硅纳米线光学特性的影响38-44
• 4.1.1 三角形、六边形排列的柱形硅纳米线结构38-39
• 4.1.2 三角形排列的柱形硅纳米线占空比对光学特性的影响39-40
• 4.1.3 三角形排列的柱形硅纳米线周期对光学特性的影响40-41
• 4.1.4 六边形排列的柱形硅纳米线占空比对光学特性的影响41-42
• 4.1.5 六边形排列的柱形硅纳米线周期对光学特性的影响42-44
• 4.1.6 柱形硅纳米线结构参量的选取44
• 4.2 纳米线排列方式对锥形硅纳米线光学特性的影响44-51
• 4.2.1 三角形、六边形排列的锥形硅纳米线结构44-45
• 4.2.2 三角形排列的锥形硅纳米线占空比对光学特性的影响45-46
• 4.2.3 三角形排列的锥形硅纳米线周期对光学特性的影响46-48
• 4.2.4 六边形排列的锥形硅纳米线占空比对光学特性的影响48-49
• 4.2.5 六边形排列的锥形硅纳米线周期对光学特性的影响49-50
• 4.2.6 锥形硅纳米线结构参量的选取50-51
• 4.3 纳米线排列方式对柱形-锥形间隔硅纳米线光学特性的影响51-57
• 4.3.1 三角形、六边形排列的柱形-锥形间隔硅纳米线结构51
• 4.3.2 三角形排列的柱形-锥形间隔硅纳米线占空比对光学特性的影响51-53
• 4.3.3 三角形排列的柱形-锥形间隔硅纳米线周期对光学特性的影响53-54
• 4.3.4 六边形排列的柱形-锥形间隔硅纳米线的占空比对光学特性的影响54-55
• 4.3.5 六边形排列的柱形-锥形间隔硅纳米线的周期对光学特性的影响55-57
• 4.3.6 柱形-锥形间隔硅纳米线结构参量的选取57
• 4.4 模拟结果的讨论分析57
• 4.5 本章小结57-59
• 第五章 结论59-61
• 参考文献61-66
• 致谢66-67
• 攻读硕士期间已发表和待发表的论文67

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