基于亚波长光栅的新型光伏电池抗反射层研究

【摘要】：自从亚波长光栅被发现以来,其巨大的应用潜力引起了人们广泛的关注。目前,亚波长光栅可以用于各种光学元件,如偏振器件、窄带滤波器以及相位板等。而将其应用于抗反射膜层的研究,是近几年刚发展起来的热点之一。本文通过研究传统抗反射层以及亚波长光栅,设计了多层亚波长光栅抗反射层结构,有效降低了光伏电池表面光波的反射损耗；并使用严格耦合波算法(Rigorous Coupled Wave Algorithm, RCWA)和等效介质理论(Equivalent Medium Theory, EMT)分析所设计光栅结构的抗反射特性,同时,两种算法相互验证,证明相关计算的正确性。 本文工作重点有以下几个方面： 一、通过分析两种传统抗反射层,单层膜和多层膜抗反射层,引出研究亚波长光栅抗反射层的必要性。 二、分析研究亚波长光栅的理论方法,重点介绍RCWA和EMT,并且分析影响亚波长光栅抗反射特性的因素,为设计新型亚波长光栅结构提供理论基础。 三、通过在硅表面刻蚀光栅,再附以Si3N4和SiO2膜层,从而形成折射率渐变的多层结构,设计出一种在宽入射角度和宽入射波长均有较低反射率的新型一维亚波长光栅抗反射结构。 四、将二维亚波长柱状光栅用于光伏电池抗反射层,设计了一种能够在宽入射角度和宽入射波长的情况下,具有更低反射率的新型二维亚波长光栅抗反射结构。 本文在总结传统抗反射层的基础上,设计了两种新型亚波长光栅抗反射结构,并用RCWA和EMT两种理论方法对新结构抗反射特性进行分析。结果表明：两种算法所得结果基本吻合,新型亚波长光栅抗反射层能实现在宽入射角度和宽入射波长均具有较低的反射率。 【关键词】：亚波长光栅 光伏电池 严格耦合波算法 等效介质理论
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 目录6-8
• 第一章 引言8-15
• 1.1 研究背景及意义8-12
• 1.1.1 太阳能及光伏电池的简介8-10
• 1.1.2 传统抗反射方法10-11
• 1.1.3 亚波长光栅抗反射11-12
• 1.2 国内外研究现状12-13
• 1.3 主要工作及论文的章节安排13-15
• 第二章 亚波长光栅的理论计算方法15-27
• 2.1 严格耦合波算法15-21
• 2.1.1 TE波15-19
• 2.1.2 TM波19-21
• 2.2 等效介质理论21-26
• 2.2.1 有效性分析22
• 2.2.2 一维矩形光栅等效折射率22-24
• 2.2.3 二维柱状光栅等效折射率24-25
• 2.2.4 反射率求解25-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第三章 影响亚波长光栅抗反射性能因素27-36
• 3.1 光栅结构参数27-30
• 3.1.1 占空比27-28
• 3.1.2 槽深28-30
• 3.2 基底材料30-32
• 3.3 光栅形貌32-34
• 3.4 本章小结34-36
• 第四章 新型一维亚波长光栅抗反射层36-56
• 4.1 EMT分析新型结构36-41
• 4.2 新型光栅结构参数的确定41-49
• 4.2.1 占空比41-43
• 4.2.2 膜层厚度43-49
• 4.3 新型一维亚波长光栅抗反射特性49-54
• 4.3.1 入射角度49-51
• 4.3.2 入射波长51-54
• 4.4 本章小结54-56
• 第五章 新型二维亚波长光栅抗反射层56-61
• 5.1 模型参数的确定56-57
• 5.2 二维抗反射膜层效果57-59
• 5.2.1 入射角度57-58
• 5.2.2 入射波长58-59
• 5.3 本章小结59-61
• 第六章 总结及展望61-63
• 参考文献63-67
• 致谢67-68
• 攻读硕士学位期间研究成果68

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