采用低压化学气相沉积方法在玻璃衬底上制备了B掺杂的ZnO(BZO)薄膜, 通过氢退火对BZO进行处理, 然后作为前电极进行了非晶硅薄膜太阳能电池的制备及性能研究。结果表明: 在氢气气氛下退火后, BZO薄膜的载流子浓度基本无变化, 但Hall迁移率显著提高, 这使得BZO薄膜的导电能力提高; 当采用厚度较小、透光率较高的BZO薄膜进行氢退火后作为前电极结构时, 非晶硅薄膜太阳能电池的短路电流密度提高0.3~0.4 mA/cm2, 电池的转化效率提高0.2%。实验结果可为通过优化前电极结构来提高非晶硅薄膜太阳能电池转化效率提供一种简易的方法。

采用磁控溅射方法, 在多晶硅薄膜太阳电池表面沉积了不同粒径大小的Au纳米粒子, 利用粒径大小可调控的Au纳米粒子的局域表面等离激元共振增强效应(LSPR), 对入射光中的可见光区域实现“光俘获”; 采用UVvis吸收光谱对LSPR进行了研究, 结果表明, LSPR能够有效拓展Au纳米粒子的光谱响应范围(400~800nm), 并且, 随着Au纳米粒子粒径的增大, LSPR共振吸收峰呈现出明显“红移”; 同时, 通过SERS表征, 证实LSPR能够有效增强Au纳米粒子周围的局域电磁场强度; 最后, 多晶硅太阳电池的JV特性曲线表明, 当Au纳米粒子溅射时间为50s时, 多晶硅太阳电池光电转换效率(η)最高为14.8%, 比未修饰Au纳米粒子的电池η提高了42.3%。

非晶硅薄膜太阳能电池主要采用掺氟氧化锡(FTO)导电玻璃作为基板, 但FTO薄膜雾度较低、表面形貌无法优化, 导致无法得到较优的陷光结构, 从而限制了太阳能电池的转换效率。为了进一步提升太阳能电池的转换效率, 探讨了替代型的掺铝氧化锌(AZO)薄膜, 通过优化前段磁控溅射镀膜工艺和后段湿化学蚀刻工艺, 用以平衡AZO薄膜的光电性能和雾度, 从而获得具有理想表面形貌的AZO导电玻璃, 使其成为理想的非晶硅薄膜太阳能电池的基板材料。实验表明, 经工艺优化后制作的AZO导电玻璃可提升光电转换效率。

提出在非晶硅薄膜太阳电池吸收层的上下表面采用亚元对称光栅来提高薄膜电池吸收率。采用严格耦合波分析法研究发现，对于厚度为400 nm 的非晶硅薄膜，在600~750 nm 波长范围内，这种新型光栅能有效地减少从上表面反射的入射光和从下表面透射的泄漏光，并增强吸收层的吸收率。仅在上表面采用亚元对称光栅，优化后的吸收率可以增强71%；仅在下表面采用光栅，吸收率增强24%；在上下表面同时采用光栅，太阳电池的吸收率可以增强81%。本研究为设计易于制作的具有高吸收率的薄膜太阳电池提供了新的思路。

叠层结构是提高硅基薄膜电池效率和稳定性的有效方法，然而子电池电流不匹配使其效率的提升受到限制。为了提高叠层电池的子电池电流匹配度，需选择合适的中间层材料。通过硅基薄膜叠层电池的中间层的光学设计和理论计算，获得了材料折射率与厚度的匹配关系：中间层材料折射率n选取范围为1.59~3.1，中间层厚度d的制备范围为125/n~175/n nm，最佳厚度d为150/n nm。最优中间层材料的折射率和厚度应为：n约为1.59，d约为94.3 nm，采用这一条件可最大限度地提高硅基薄膜叠层电池的子电池电流匹配度。从叠层电池中间层的光学特性方面入手为实验研究提供了设计指导。

设计了一种由一维衍射光栅和一维光子晶体组成的用于薄膜硅太阳能电池的背反射器，采用勒让德多项式展开法对一维光子晶体和三角形光栅结构进行了参数优化，并对400～1 200 nm入射电磁波的反射率进行了模拟计算。结果表明: 在高反射率的一维光子晶体作用下，利用衍射光栅可以得到大倾角的反射光，有效地延长光子在电池吸收体的传播路径，使其得到充分吸收。衍射光栅加光子晶体结构的背反射器可以大幅提高电池的捕光能力，提高太阳能电池的转化效率。