【摘 要】
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随着能源需求的不断增长，传统的化石能源由于其不可再生性而面临枯竭的危险，而且化石能源带来的全球变暖、环境污染等环境问题也给人类的生存和发展带来了巨大的挑战，开发新能源
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随着能源需求的不断增长，传统的化石能源由于其不可再生性而面临枯竭的危险，而且化石能源带来的全球变暖、环境污染等环境问题也给人类的生存和发展带来了巨大的挑战，开发新能源是唯一有效的解决方法。作为新能源之一的太阳能有着巨大的优势，如分布广泛、清洁、取之不尽用之不竭等，太阳能电池是利用太阳能的重要途径之一，目前太阳能光伏市场的80％以上被硅基太阳能电池占据。 本论文首先在实验上完成了硅基太阳能电池的整个制备流程，熟悉了工艺细节和相关工艺设备;然后重点从理论上对薄膜太阳能电池进行了深入的研究:针对近几年的研究热点表面等离子体激元(SPPs)在薄膜电池的应用做了系统的研究;更进一步地为了增强薄膜电池的光吸收，提出了混合陷光结构，有效提升了薄膜电池的性能。主要工作如下: 一、硅基太阳能电池工艺技术摸索。研究了电池的工艺制备流程并对其进行优化，熟悉了半导体工艺设备，太阳能电池工艺技术和测试分析方法;针对晶硅电池存在的光致效率衰减问题进行了实验验证。 二、采用有限时域差分法(FDTD)对表面等离子体激元共振特性进行了研究，尤其对多层金属纳米颗粒增强电池光吸收进行了系统的分析。分别计算了利用正面多层金属纳米颗粒和背面多层金属纳米颗粒陷光情况下电池表面的反射情况;利用电场图和银纳米颗粒的散射截面分析了背面双层银纳米颗粒增强光吸收的物理机制。 三、在传统陷光结构的基础上，提出新型的混合陷光结构并对其在薄膜电池中的应用进行了设计模拟。在1微米厚的薄膜上采用正面光栅结构和背面银纳米颗粒结构，经过对各项参数进行优化最终得到了29.7 mA/cm2的短路电流密度，相比于无陷光结构的参考电池17.7 mA/cm2提高了68％;在该陷光结构的基础上又针对若干重要参数引入了一定的随机性，改变了原有的严格周期性结构，增加了光波的共振数量，进一步增加了光吸收。随后在5微米厚的硅薄膜上采用纳米金字塔和银纳米颗粒结构，得到了40.67 mA/cm2的短路电流密度，接近体硅电池的短路电流密度。上述结果说明了有效的光吸收对提升薄膜电池性能的重要性，也表明薄膜电池存在很好地发展潜力。
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