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新型光伏电池减反膜结构的优化设计与性能分析

作　者: 马佑桥
导　师: 周骏
学　校: 宁波大学
专　业: 光学
关键词: 光伏电池亚波长光栅纳米金属光栅表面等离子体
分类号: TM914.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源,其重要有效利用方式是光伏发电。光伏电池是光伏发电的核心部分,但是其光电转换效率仍然比较低,尤其对于新兴薄膜光伏电池而言。因此,积极探索如何更多地减少光伏电池表面的光的反射损失,进一步提高光伏电池的光电转换效率仍是一项十分必要的研究课题。本论文主要从理论上探索光伏电池表面减反膜的结构优化设计,主要研究如何利用纳米光子结构来提高光伏电池对光子的耦合效率,从而提高其光电转换效率。全文共分为四章。第一章是引言部分,首先概述了研究背景和研究意义,然后系统介绍了本论文的主要研究内容。第二章介绍了亚波长光栅理论分析依据,即耦合波和等效介质近似理论,同时,对两种理论分析结果进行了比较。接着,结合等效介质近似理论和光学薄膜分析方法讨论了亚波长光栅光学特性,同时运用遗传算法对其进行优化设计。结果表明亚波长光栅有着优越的减反性能,由此引出了将亚波长光栅应用于光伏电池表面来取代减反膜的设想和探讨。第三章详细介绍了表面等离子体的特性和时域有限差分算法FDTD,理论上研究了两种纳米金属光栅模型(一种可以应用于电池前表面实现减反,另一种则可应用于电池后表面实现增反),其显现出的表面等离子体场局域和透射增强特性,有望应用于薄膜光伏电池以提高薄膜表层对光子的耦合效率。第四章对本论文所做工作进行总结和展望。总之,本论文的理论分析为研究和探索纳米光子结构提供了理论依据,同时,对设计光伏器件以外的其他纳米光子器件也具有一定的借鉴意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 引言  8-11
  1.1 光伏电池概述  8
  1.2 国内外研究现状  8-9
  1.3 本论文的主要研究内容  9-11
2 亚波长光栅特性分析及光伏应用  11-26
  2.1 引言  11
  2.2 基本理论  11-18
    2.2.1 严格耦合波理论  11-15
    2.2.2 等效介质近似理论  15-17
    2.2.3 严格耦合波和等效介质近似理论对比  17-18
  2.3 亚波长光栅特性分析  18-23
    2.3.1 等效介电常数  18-19
    2.3.2 亚波长光栅结构参数对减反特性的影响  19-23
  2.4 光伏应用探讨  23-26
    2.4.1 光伏电池表面复周期亚波长光栅减反研究  23-24
    2.4.2 表面复周期亚波长光栅光伏电池性能分析  24-26
3 亚波长金属结构表面等离子体特性研究与光伏应用  26-55
  3.1 引言  26-28
  3.2 表面等离子体特性分析  28-37
    3.2.1 金属Drude模型  28-29
    3.2.2 色散关系  29-32
    3.2.3 激发方式  32-34
    3.2.4 表面等离子体波特征参数  34-37
  3.3 数值模拟方法  37-44
    3.3.1 数值模拟方法简介  37-38
    3.3.2 时域有限差分算法(FDTD)  38-44
  3.4 光伏应用探讨  44-55
    3.4.1 纳米金属光栅模型Ⅰ  45-50
    3.4.2 纳米金属光栅模型Ⅱ  50-55
4 总结与展望  55-56
  4.1 总结  55
  4.2 展望  55-56
参考文献  56-58
在学研究成果  58-59
致谢  59

新型光伏电池减反膜结构的优化设计与性能分析

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