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纳米氧化锌由于其较大的直接宽带隙、优良的压电性和热电性,使其广泛应用于室温紫外发光、激光材料和光电子器件。在太阳能电池领域,氧化锌因其透明导电性质可以作为透明导电电极,取代传统金属电极,以提高太阳能电池的光电转换效率。同时,氧化锌易于制备成各种纳米结构,有可能用作超低反射率的减反射膜来提高太阳能电池对可见光的吸收。本论文从理论与实验两个方面对纳米结构氧化锌减反射薄膜进行了研究。
论文首先采用基于严格耦合波分析技术的计算机模拟方法,研究了氧化锌纳米柱状薄膜对入射光的减反射效果。在理想情况下(柱高为800nm,柱直径为120nm,薄膜重复周期为240nm,入射光线与薄膜法线夹角为30°),模拟结果在紫外280nm~320nm波段反射率较高,在320nm~1200nm波段反射率保持在1.5%左右。
采用气相传输法、粉末烧结法和水热法分别制备了氧化锌纳米柱状薄膜,对其薄膜形貌进行了表征,并对反射率进行了测试。气相传输法生长的氧化锌棒垂直于衬底,呈较明显的柱状结构,薄膜反射率在太阳能电池需要的400nm~1000nm波段范围内平均为3%左右;粉末烧结生长的氧化锌棒取向杂乱,呈现明显的六边形柱状结构,反射率在400nm~1000nm波段范围内平均为3.5%左右;水热法生长的氧化锌棒垂直于衬底,六边形柱状结构明显,反射率在400nm~1000nm波段范围内平均为1.4%左右。三种工艺制备薄膜反射率都在紫外波段较高,在可见光波段和近红外波段的反射率较低,与模拟计算结果相符。这些初步的研究结果表明纳米氧化锌柱状薄膜是有可能作为太阳能电池的减反射膜来改善电池性能。