5　总结与展望

5.1　总结

鉴于表面微结构的独特辐射特性，本文提出了五种光栅结构：两种一维复杂凹形光栅结构、一种二维复杂凸形光栅结构和两种二维复杂凹形光栅结构，作为太阳能电池陷光结构，以提高太阳能电池对入射光的吸收特性。利用严格耦合波分析法和时域有限差分法研究了不同光栅结构的光谱辐射特性和方向辐射特性，并比较了不同光栅结构的吸收特性。为得到吸收率较优的光栅结构，本文还采用田口法进行结构优化。

本文的主要工作内容和研究成果总结如下：

（1）本文利用严格耦合波分析法研究了背脊高度（或凹槽深度）、填充比以及入射角对一维简单光栅吸收特性的影响，发现一维简单硅光栅存在吸收峰值较窄，并且对入射角度依赖较大的劣势，此问题使得一维简单光栅不适合做太阳能电池吸收表面。

（2）为解决一维简单光栅中存在的问题，本文提出了两种一维复杂凹形光栅结构，即一个光栅周期内包含三个凹槽深度不同的简单光栅的一维复杂凹形光栅Ⅰ和一个光栅周期内包含两个凹槽深度不同的简单光栅的一维复杂凹槽光栅Ⅱ。通过对一维复杂凹形光栅光谱辐射特性和方向辐射特性的研究发现：①在TM波入射时，一维复杂凹形光栅能在整个计算波段范围内对光谱吸收特性进行调控，其吸收率峰值较宽且对角度依赖性不大；②在TE波入射时，一维复杂凹形光栅的吸收特性不太理想。虽然一维复杂凹形光栅不能在TM波和TE波入射下均表现出较好的吸收特性和方向特性，但是其结构简单且易于加工，所以一维复杂凹形光栅可以作为太阳能电池陷光结构。

（3）为解决一维光栅在TE波入射下吸收率较低的问题，本文提出用二维光栅作为太阳能电池陷光结构。首先利用时域有限差分法研究了二维复杂凸形光栅Ⅲ的吸收特性和角度依赖特性。通过比较二维复杂凸形光栅、二维简单凸形光栅以及一维复杂凸形光栅的吸收特性，发现二维复杂凸形光栅在TM和TE波入射下均具有较好的吸收特性；并且其角度依赖特性满足太阳能电池的应用需求。

（4）考虑到二维复杂凸形光栅加工较为复杂，本文利用时域有限差分法研究了结构参数对二维简单凹形光栅辐射特性的影响，发现当填充比在0.8～0.9范围内、光栅周期在80～120nm范围内、凹槽深度在60～110nm范围内时，二维简单光栅能够得到相对较高的吸收率，但是平均吸收率的值均低于0.9。

（5）为解决二维简单凹形光栅存在的平均吸收率不高的问题，本文最后提出了两种二维复杂凹形光栅结构，即一个光栅周期内包含两个沿x轴方向排列且凹槽深度不同的二维简单凹形光栅的二维复杂凹形光栅Ⅳ和一个光栅周期内包含四个二维简单凹形光栅的二维复杂凹形光栅Ⅴ。通过对二维复杂凹形光栅辐射特性的研究发现上述两种二维复杂凹形光栅在TM波和TE波入射时都能得到较优的吸收特性，并且其对角度的依赖特性很好。其中，二维复杂凹形光栅Ⅴ的对称结构及其在吸收特性上的优势，使得二维复杂凹形光栅Ⅴ更适合于太阳能电池陷光结构的应用。