光子晶体在太阳能光伏电池中的应用的数值模拟研究

【摘要】：光子晶体是不同折射率的材料在空间上周期性排列构成的材料,由于空间周期性,该类型体系对光的行为不同于均匀体材料。作为一种新型的人造周期结构材料,由于其特殊性质,应用非常广泛。 近来,Si纳米线,纳米棒,纳米颗粒等Si纳米结构由于其独特的光电属性和光伏特性得到了广泛的关注,且基于Si纳米结构的光伏电池被认为是利用太阳能量的一个很有潜力的方向,可以用作为聚合物光伏电池,染料敏化太阳能电池的电极,也可以用做其它比较新颖的光学器件中的基础材料。 要获得高效率的太阳能电池,需要其对太阳能光谱有很高的吸收效率。本文通过光子晶体中的数值模拟计算方法,研究了基于Si纳米线阵列和周期性Si纳米孔结构的太阳能电池的吸收效率与Si填充比,厚度,以及太阳光入射角度之间的关系,并给出了最优化值。 第一章介绍了光子晶体的概念,基本性质及其应用。光子晶体的最大特点是具有光子带隙,通过利用光子带隙或带隙结构中的缺陷态来改变光子晶体中某种电磁态的密度,可以制作很多种类高性能器件。 第二章主要介绍了光子晶体的基本研究理论以及数值计算的方法。对比了各种方法之间的优缺点。 第三章将光子晶体的研究对象和方法扩展到纳米结构太阳能光伏应用的研究中。通过模拟计算,研究了不同的填充比,不同波长,和不同入射角入射对吸收效率的影响。找出了各参数对吸收效率的影响曲线,得出了优化参数。 【关键词】：光子晶体 传输矩阵法 纳米线 纳米孔 光伏电池
【学位授予单位】：复旦大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：O242.1;TM914.4
【目录】：

• 目录3-4
• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 第一章 绪论6-9
• 1.1 光子晶体概念6-7
• 1.2 光子晶体的性质和应用7-9
• 第二章 光子晶体的数值计算方法9-33
• 2.1 光子晶体的基本理论9-13
• 2.2 平面波法(PWM：Plane wave expansion method)13-17
• 2.3 传输矩阵法(TMM：Transfer matrix method)17-23
• 2.4 时域有限差分法(FDTD：Finite difference time domain)23-33
• 第三章 光子晶体在太阳能电池中的应用模拟33-44
• 3.1 等效介质理论(EMT,Effective medium theory)33-36
• 3.2 在两维硅纳米结构中对太阳光吸收效率的计算模拟36-44
• 参考文献44-47
• 硕士期间发表论文47-48
• 致谢48-49

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