基于太阳光谱光伏电池减反结构理论分析

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1、万方数据DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofTheoreticalPhysicsTHEORETICALANALYSISOFANTIREFLECTIONSTRUCTUREOFPHOTOVOLTAICCELLBASEDONTHESOLARSPECTRUMbyZhengXiaoyunSupervisor:AssociateProfessor.ZhangYongDecember2013万方数据万方数据5万方数据万方数据河北工业大学硕士学位论文摘要本论文主要进行了

2、光伏电池减反射亚波长光栅的各个结构参数和光栅形状的理论推导和数值模拟。研究内容包括一维单台阶和多台阶矩形光栅、一维类光谱光栅和二维光栅的减反射分析，具体内容及主要结果如下：1、在得到亚波长光栅的反射率公式及决定光栅最小反射率的各重要参数（占空比、刻蚀深度）的表达式的基础上，通过MATLAB模拟找到了一维单台阶矩形亚波长光栅在可见光范围内平均最佳减反射效果的参数组合：基底材料的折射率为1.30，占空比为0.46，刻蚀深度为150nm。用递推法编程模拟了一维多台阶光栅系统的反射率随波长的变化关系，结果表明：随着刻蚀层数的增加，光栅反射率波动幅度随波长变化减小，

3、当刻蚀层数达到某一数值（光栅基底材料确定）时，反射率波动幅度不再减小，而是逐渐趋于一个定值。为了得到更好的减反效果，我们进一步对光栅刻蚀部分进行减反处理，在保持光栅减反射效果不变的基础上，由干涉相消理论推导出太阳电池材料折射率为1.69，并得到光栅刻蚀部分在可见光范围的平均反射率为0.0055。与未处理的情况相比反射率降低了96.5%，由此我们提出了斜面状台阶光栅的设想。2、从二维光栅等效折射率的近似方法出发，计算了二维光栅反射率。结果表明：在太阳全光谱范围内，二维光栅的平均减反射效果优于一维光栅，但在可见光范围内一维光栅的减反射效果比较好，即在红外波段二

4、维光栅的减反效果突出。当二维12正方形光栅占空比满足f[n(nn)]，二维长方形光栅的占空比满足00bffn(nn)时，反射率最小。xy00b3、我们以6000K的黑体辐射曲线拟合的AM1.5太阳光谱曲线作为权重得到评价函数，由实数编码的整体模拟退火遗传算法模拟优化得到各层的刻蚀深度d。结j果表明：光栅刻蚀深度累计最大即光栅高度最高的地方，对应于太阳光谱中能量最强的中心波长减反射最强。即光栅形状与黑体辐射曲线形状相似，我们称之为类光谱光栅。关键字：亚波长光栅，刻蚀部分，二维光栅，太阳光谱，光栅形状I万方数据基于太阳光谱的光伏电池减反结构的理论分析

5、ABSTRACTThisworkismainlyabouttheoreticalderivationandnumericalsimulationsofsomestructuralparametersandshapesofsub-wavelengthgratingforantireflectionstructuresofphotovoltaiccells.Thestudyincludestheanalysisofantireflectionofone-dimensionalsingle-stepgrating,multi-levelrectangulargr

6、atingandone-dimensionalspectrum-basedgratingandtwo-dimensionalgrating.Themaincontentsandmainresultsareasfollows:1.Basedontheexpressionsofreflectivityofthegratingandtheexpressionsofparametersthatdeterminedtheminimumreflectivityofgrating,suchasthedutyratio,etchingdepthandequivalentr

7、efractiveindexwegotoptimalparametercombinations,therefractiveindexofthesubstratematerialis1.30,thedutyratiois0.46,theetchingdepthis150nm,ofaverageantireflectionofone-dimensionalsingle-levelrectangularsub-wavelengthgratinginthevisiblerangeusingMATLABsimulation.Wesimulatedthevariati

8、onofreflectivitywithwavelengthofm