【摘 要】
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超材料(Metamaterial)可以通过设计不同的结构单元来实现不同的电磁特性,是一种新型人工材料。通过设计超材料亚波长结构单元及尺寸,可以调控超材料的磁谐振特性,可以使其在
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超材料(Metamaterial)可以通过设计不同的结构单元来实现不同的电磁特性,是一种新型人工材料。通过设计超材料亚波长结构单元及尺寸,可以调控超材料的磁谐振特性,可以使其在一段波长范围的电磁场作用下都产生较强的局域场效应。以前学者利用超材料提高薄膜太阳能电池吸收层光的强吸收主要集中在微波波段或红外波段,对可见光波段太阳光的吸收增强研究较少。此外,他们设计的电池结构金属成分不连续,因此不能直接用来作太阳能电池的电极,实用性不高。鉴于此,本文设计了两种光栅超材料结构CdTe薄膜太阳能电池,并系统计算和分析了利用光栅超材料提高CdTe薄膜吸收可见光效率的原因。本课题首先利用射频磁控溅射在低功率、高功率两种工艺参数下制备了CdS和CdTe薄膜,并对制备获得的薄膜进行了XRD、SEM性能和椭偏表征。基于实验和理论,分析了溅射功率和溅射气压对CdS和CdTe薄膜结晶性能、形貌结构的影响,并讨论了腐蚀对制备的CdTe薄膜性能的影响。接着利用电子束蒸镀制备了Ag薄膜,并对Ag薄膜进行了SEM和椭偏表征。根据超材料电磁谐振理论基础,设计了单光栅超材料结构CdTe薄膜太阳能电池和双光栅超材料结构CdTe薄膜太阳能电池,然后运用软件仿真分别计算了光栅结构CdTe薄膜太阳能电池和传统结构CdTe薄膜太阳能电池的吸收层CdTe对500~900 nm波段可见光的吸收效率,并作比较分析。论文分析了光栅宽度、光栅厚度以及CdTe厚度对单光栅超材料结构CdTe薄膜太阳能电池吸收层CdTe对500~900 nm的可见光波段吸收率的影响,接着计算了双光栅超材料结构CdTe薄膜太阳能电池吸收层CdTe在不同光栅厚度、光栅周期以及CdTe厚度下对相同波段可见光太阳光的吸光效率。
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