光伏能源产业近几年来发展飞速,而太阳能电池是光伏能源技术中最重要的部分。硅基太阳能电池由于其性能稳定、效率较高、原材料丰富等许多优点,在太阳能电池市场中占据着重要地位。由于菲涅尔(Fresnel)反射的存在,裸露单晶硅在用于太阳能电池的表面时将反射掉约30%的太阳光,导致光能利用率很低,所以研究如何减少太阳能表面反射损耗,提高硅基太阳能电池的转换效率具有重要工程应用价值。利用硅表面微结构实现减反射成为近年来该领域的研究热点,表面微结构的减反特性与微结构参数密切有关。因此,在明确硅表面不同类型织构对可见光反射特性的基础上,通过表面微结构的优化设计进一步减少表面反射损耗,是提高硅基太阳能电池光电转换效率的有效途径。基于此,本文研究了常见的三类简单微结构的可见光(400-800 THz)反射特性,总结了不同类型表面微结构对不同频段可见光的反射特性之间的关系,在此基础上提出了硅基薄膜可见光减反的表面微结构设计方案。论文主要开展了以下三方面的工作:(1)系统研究了 6种表面凸起微结构(圆锥、圆柱、圆台、四棱锥、四棱柱、四棱台)对可见光的反射特性,分析了凸起结构的形状及尺寸与其可见光反射特性之间的关系:棱锥形和棱台形的表面凸起微结构最佳占空比f=1,最佳周期为T=200 nm,最佳高度H=800 nm。棱柱形凸起表面微结构最佳占空比反f=0.7,最佳周期为200 nm,高度变化对降低反射率的效果不明显;在高度方向具有梯度截面棱锥和棱台结构相对等截面的圆柱和圆台结构具有更低的反射率。将圆锥、圆台、四棱锥和四棱台这四种具有梯度截面的表面凸起微结构进行两两组合,组合结构的反射率均低于单个表面凸起微结构,说明这种用组合的方式来降低反射率是可取的,凸起组合结构的最低平均反射率可以达到4.7%。(2)系统研究了 6种表面凹陷微结构(圆锥、圆柱、圆台、四棱锥、四棱柱、四棱台)对可见光的反射特性,分析了凹陷结构的形状及尺寸与其可见光反射特性之间的关系:棱锥形和棱台形的表面凹陷微结构最佳占空比f=1,最佳周期为T=400nm,最佳高度高度H=800nm。棱柱形表面凹陷微结构最佳占空比f=1,最佳周期T=400 nm,高度对反射率的影响起伏不定,圆柱形凹陷表面微结构在高度等于500 nm时达到最低反射率,四棱柱形凹陷表面微结构在高度等于600 nm时达到最低反射率。将圆台和四棱台这种具有梯度截面的表面凹陷结构与圆柱和四棱柱这种等截面的表面凹陷微结构进行交叉组合,对于组合后的复合表面凹陷微结构来说,其反射率均低于单个凸起表面微结构,说明这种用组合的方式来降低反射率是可取的,凹陷组合的最低平均反射率可以达到7.9%。(3)基于凸起和凹陷两类结构的结果,根据性能互补原则,设计了 4种凸凹复合表面微结构并研究其反射特性:选取了具有等截面的棱柱形凹陷表面微结构与具有梯度截面的棱锥、棱台形凸起表面微结构,最终组合成圆柱凹陷圆台凸起、四棱柱凹陷四棱锥凸起、四棱柱凹陷四棱台凸起这四种新型复合表面微结构。当f=0.5时,组合后的复合表面微结构的平均反射率有了明显的降低,例如此时圆柱凹陷的平均反射率是35.7%,圆锥凸起的平均反射率是43.4%,组合后的平均反射率降为13.4%,说明此时组合后的减反射优于组合前。当f=1.0时,圆柱凹陷圆锥凸起组合和四棱柱凹陷四棱锥组合的平均反射率均优于组合前的,但是圆柱凹陷圆台组合和四棱柱凹陷四棱凸起组合的平均反射率高于组合前的,说明在f=1.0时,圆柱凹陷圆台凸起,四棱柱凹陷四棱台凸起不适合做组合的复合表面微结构。其中,当f=1,T=400nm,H=800nm时,圆柱凹陷圆锥凸起的平均反射率均低于其他组合,为6.8%,是最优结构。通过上述研究可以发现,将单个表面微结构做进行合理组合之后可以起到进一步降低反射率的效果,其中四棱锥凸起和圆台凸起组合后的最低平均反射率为4.7%,四棱台凹陷和圆柱凹陷组合后的最低平均反射率为7.9%,圆柱凹陷和圆锥凸起组合后的最低平均反射率为6.8%。本文研究得到的结果,对未来表面微结构减反射的进一步研究有一定的参考意义,以及对表面微结构的多样化设计提供了一定的新思路。