[发明专利]一种基于关联随机光子晶体设计的薄膜光电池设计方法

权利要求书

1.一种基于关联随机光子晶体设计的薄膜光电池设计方法，其特征在于：其包括以下步骤：

(1)薄膜太阳能电池组的准备；将C-Si层粘结在一个1μm厚的铝层上，作为后视镜和背面接触；

(2)在C-Si层的顶部绘制二维光子晶体结构，计算整个堆栈的吸收，对仿真所用的阶数和波长步长进行选择，得到精确的数值结果；

(3)对二维光子晶体结构的三个参数进行选择优化，通过扫描搜索这三个参数在技术上现实的范围确定二维光子晶体结构的最高电流密度，得到完全优化的二维光子晶体结构；二维光子晶体结构的三个参数包括周期Λ、空气界面填充分数ff、腐蚀深度h,其中ff＝πr²/Λ²，r为圆柱孔的半径；

(4)利用微扰方法引入一种关联的无序结构，超晶胞的每个洞都从原来的位置移动，孔的位移距离为dp，位移角为α；

(5)从25nm到75nm的范围选取5个不同的平均位移值，对于每一个选定的均值平移值，模拟不同的结构，确定集群中元素的间距和重心的关系；采用非偏振光在正入射时模拟太阳照明，用严格耦合波分析方法研究这些伪无序晶体结构的吸收性能，确定使吸收净增加的设计准则；

(6)随机生成不同无序结构，通过集群中元素的间距和重心的关系筛序伪无序设计，用优化后的伪无序结构代替优化后的方形孔洞晶格；

(7)在晶体的堆栈顶部沉积的薄有机玻璃抗蚀剂中利用电子束光刻技术形成伪无序纳米图案，称为伪无序晶体结构；

(8)使用CHF₃反应离子蚀刻，将有机玻璃转移到SiO₂层；

(9)使用SF₆:Ar混合物将有机玻璃转移到C-Si层，SiO₂层的其余部分保持在Si图案的顶部；

(10)用连续的铟锡氧化物层覆盖图案C-Si层，作为薄膜太阳能电池的透明前端电极；

(11)利用微观反射率装置测定薄膜的吸收，一束平行的白光通过长焦显微镜物镜聚焦到纳米图案结构上，该结构的反射光通过物镜收集，然后使用光谱仪进行分析。

2.根据权利要求1所述的基于关联随机光子晶体设计的薄膜光电池设计方法，其特征在于：所述步骤(1)中，C-Si层厚度在1-8μm范围内。

3.根据权利要求2所述的基于关联随机光子晶体设计的薄膜光电池设计方法，其特征在于：所述步骤(4)中，移动距离dp是由其均值和宽度值定义的随机高斯分布决定的；位移角α由均匀分布决定。

4.根据权利要求3所述的基于关联随机光子晶体设计的薄膜光电池设计方法，其特征在于：所述步骤(7)中，纳米图案设计是通过使用关联随机数发生器PRNG过程获得。

5.根据权利要求4所述的基于关联随机光子晶体设计的薄膜光电池设计方法，其特征在于：模版面积的大小被限制在100×100μm²；蚀刻步骤都是在低压下进行的。

6.根据权利要求5所述的基于关联随机光子晶体设计的薄膜光电池设计方法，其特征在于：所述严格耦合波分析RCWA方法开发的RCWA代码中，对于每个圆柱孔，使用解析贝塞尔函数来计算介电常数的傅立叶系数；所述严格耦合波分析RCWA方法计算时间依赖于给定的光谱分辨率。

7.根据权利要求6所述的基于关联随机光子晶体设计的薄膜光电池设计方法，其特征在于：所述非偏振光波长范围被限制在300-1100nm；所述太阳能电池光谱分辨率的设置取决于C-Si层的厚度，在300-700nm的波长范围，所有厚度的太阳能电池光谱分辨率设置为1nm，而在700-1100nm的波长范围，对于1/2/4μm厚的C-Si层设置为0.5nm，对于8μm厚的C-Si层设置为0.25nm。