基于光子晶体慢光效应的硅薄膜太阳能电池光电转换机制的研究

将光子晶体结构引入到硅薄膜太阳能电池中形成新型光子晶体结构硅薄膜太阳能电池，探寻光子晶体结构硅薄膜太阳能电池吸收活性层中的半导体材料的吸收带隙结构特征，从而总结出使之与太阳光能谱结构相匹配的原则，在此基础上利用光子晶体耦合腔构造硅薄膜太阳能电池的活性吸收层，形成对光子的陷获机制从而增加光子在活性层内的光子寿命，提高吸收材料对光子的吸收；利用含有虚介电常数分量的光子晶体耦合腔模型分析慢光在活性吸收层内的吸收特性；借助耦合波理论和FDTD等仿真方法定量分析利用光子晶体耦合腔结构构造活性层这一新机制在提高太阳能电池转换效率提高方面的作用，并借助这些仿真方法优化光子晶体器件的结构参数使电池转换效率最大化。从而实现在光学设计的范畴内实现薄膜太阳能电池转换效率的提升结构。

利用具有控光特性的光子晶体构造了薄膜太阳能电池顶部的防反射层和电池底部的反射镜,即通过引入光子晶体结构形成了薄膜太阳能电池中新的陷光机制，这一机制能够使较宽太阳能谱内的光线耦合进入电池，而电池底部的反射镜对穿过活性层没有被吸收的光子进行反射使之再次穿过吸收层从而延长了光子穿越吸收层的长度，直接克服薄膜太阳能电池吸收层薄的这一缺陷对光吸收带来的不利影响。本项目构建了含有光子晶体耦合腔结构活性层的膜太阳能电池模型，探寻了此光子晶体耦合腔结构的硅薄膜太阳能电池吸收活性层中的半导体材料的吸收带隙结构特征，使之与太阳光能谱结构相匹配，借助其对光子的陷获机制从而增加光子在活性层内的光子寿命，提高吸收材料对光子的吸收；利用含有虚介电常数分量光子晶体耦合腔模型分析慢光在活性吸收层内的吸收特性；借助严格耦合波理论和FDTD等仿真方法定量分析了利用光子晶体耦合腔结构构造活性层这一新机制在提高太阳能电池转换效率提高方面的作用，并使用这些仿真方法优化光子晶体器件的结构参数使电池吸收效率最大化。从而在光学设计的范畴内实现了薄膜太阳能电池转换效率的提升结构，光子晶体结构化的薄膜太阳能电池吸收效率明显得以提升。太阳能电池的光电转换过程中光生电子发挥着重要作用，对电池内的光生电子物理特性的研究具有十分重要的意义。本项目尝试性地利用费米气体模型研究了以电子为代表的费米子的内能、粒子密度等物理特性，为下一步利用引入光子与电子间的相互作用等更多约束条件的费米气体模型研究薄膜太阳能电池奠定了基础。