摘要

光伏發電技術憑借其獨特的優勢成為了當今發展最快且最有發展前景的新能源技術之一。太陽能電池作為光伏發電技術的核心，面臨兩個發展瓶頸：成本高和效率低。表面微結構具有獨特的輻射特性，其可用作太陽能電池陷光結構，來提高光伏發電的效率。本文主要研究了一維和二維晶體硅光柵作為太陽能電池吸收表面的光譜輻射特性和方向輻射特性。

本文利用嚴格耦合波分析法（RCWA）研究了結構參數對一維簡單光柵吸收率的影響，發現一維簡單硅光柵存在吸收峰值較窄且對角度依賴較大的劣勢。為解決此問題，提出了兩種一維復雜凹形光柵結構。利用RCWA法對一維復雜凹形光柵的輻射特性進行研究，并采用田口法進行結構優化。結果表明：在橫磁波（TM波）入射時，一維復雜凹形光柵能充分利用異常輻射現象對光譜吸收率進行調控，其吸收峰值較寬且對角度依賴性不大；但在橫電波（TE波）入射時，一維復雜光柵的吸收率不太理想。

為解決一維光柵在TE波入射下吸收率較低的問題，提出了一種二維復雜凸形光柵結構和兩種二維復雜凹形光柵結構。利用時域有限差分法（FDTD）對上述三種二維復雜光柵的輻射特性進行研究，并采用田口法進行結構優化。研究發現：上述三種二維復雜光柵在橫磁波和橫電波入射時都能得到較優的吸收特性，并且其對角度的依賴特性很好。所以，本文提出的光柵結構可以用作太陽能電池陷光結構，能夠提高太陽能電池對入射光的吸收效率。

關鍵詞：復雜光柵；陷光結構；RCWA法；FDTD法；異常輻射現象