;每个结构单元之间留有一行间隙形成线缺陷波导；这些周期性变化的空气孔或介质柱具有较大的比表面积，能增加对入射光的吸收能力；其基元和晶格常数可调，以便结构的光子禁带尽量包括300?IlOOnm的区域；在光线入射时，禁带的存在使结构不允许光在平行于介质柱方向传播，从而有利于材料对光子的吸收和利用。
[0016]本发明所述蜂窝状太阳能电池结构的两种结构在增加陷光和光吸收方面有很多优势:两种结构都具有较大的比表面积；孔状结构对TM模式电磁波具有较大的禁带，介质柱状结构对TE模式电磁波具有较大的禁带，这样两种结构都具有很好的陷光效应，入射光在硅孔阵列中经过来回多次反射逐渐被吸收；慢光结构中，由于某些频率的光群速度可以很小，便于光子被材料吸收，从而产生更多的载流子，而且其慢光效应还保证了载流子流动的方向性和稳定性；结构的尺寸，可以根据吸收波长调整，以完成高效率的光学吸收；在其他条件不变情况下，由于陷光作用，结构的深度达到50 μ m时，电池在400?100nm的电磁波范围内，反射率就低于10%，从而在保证效率的基础上，极大节省材料成本；而且这两种周期性排列的结构形成PN结，光生载流子只需扩散很短的距离就能达到结区，提高载流子收集率；这两种结构周期性排列，由于对TE模式或TM模式电磁波有很好的禁带，理论上可比传统电池提高光电转换效率接近20%，而且这一结构和底层P型材料，不需要进一步进行掺杂等加工处理，具有很好的电学传输性能。
[0017]本发明与现有技术相比，具有以下优点:提高太阳能电池的光电转换效率，节省材料，而且采用新的原理，将光子禁带和慢光原理应用于太阳能光电转换；采用的蜂窝状团簇结构力学性能好，其禁带结构具有很好的陷光效应，入射光在硅孔或柱阵列中经过来回多次反射逐渐被吸收，提高光的利用率，减少所需要的材料厚度；六边形区域分割的结构对一定频率的光具有慢光效应，由于前电极嵌入慢光波导底部，不仅对光的吸收影响少，而且保证了载流子流动的方向性和稳定性；其结构规整，灵活多变，加工和复合技术成熟，可成为新一代最有潜力、低成本、高效太阳能电池器件。
【附图说明】
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[0018]图1为本发明涉及的光子晶体太阳能电池总体结构示意图。
[0019]图2为本发明涉及的由六边形组成构建基元形成结构单元的示意图。
[0020]图3为本发明实施例1所述蜂窝状太阳能电池结构的结构原理示意图，其中(a)为立体图，(b)为俯视图。
[0021]图4为本发明实施例1涉及的六边形孔状结构的TM和TE禁带图，其中(a)为TM模式下的禁带图，(b)为TE模式下的禁带图，横轴为空气孔六边形边长与晶格常数的比值β，纵轴为相对禁带值。
[0022]图5为本发明实施例1中六边形孔状结构β = 0.40时，TM模式下的禁带图，其中横轴为空间不同方向，纵轴为归一化频率。
[0023]图6为本发明实施例1中孔状结构、TM模式下的群折射率曲线，其中横轴为归一化频率f，纵轴为群折射率ng值。
[0024]图7为本发明实施例2中蜂窝状太阳能电池结构的结构原理示意图，其中(a)为立体图，(b)为俯视图。
[0025]图8为本发明实施例2中六边形柱状结构的禁带区的TM和TE禁带图，其中(a)为TE模式下的禁带图，(b)为TM模式下的禁带图，横轴为空气孔六边形边长与晶格常数的比值β，纵轴为相对禁带值。
[0026]图9为本发明实施例2中六边形柱状结构β = 0.20时，TE模式下的禁带图，其中横轴为空间不同方向，纵轴为归一化频率。
[0027]图10为本发明实施例2中柱状结构、TE模式下的群折射率曲线，其中横轴为归一化频率f，纵轴为群折射率ng值。
【具体实施方式】
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[0028]下面通过实施例并结合附图作进一步说明。
[0029]本实施例的主体结构包括前接触层1、前电极2、蜂窝状太阳能电池结构3、背电极4和背接触层5 ;透明导电氧化物TCO材料制成前接触层I的下侧面上设有前电极2 ;前电极2和背电极4之间设有蜂窝状太阳能电池结构3，蜂窝状太阳能电池结构3的上层为N型娃半导体层6，下层为P型娃半导体层7，N型娃半导体层6和P型娃半导体层7形成PN结；背电极4的底部设有背接触层5，背接触层5的材料与前接触层I的材料相同；铝薄层结构的背电极4设置在P型硅半导体层7的慢光区域或禁带区域，背电极4的形状与前电极2的形状相同，均为条形状；入射光通过前接触层I照射在蜂窝状太阳能电池结构3上，由于禁带和慢光效应，蜂窝状太阳能电池结构3具有很好的陷光效应，入射光在硅孔或柱阵列中经过来回多次反射逐渐被吸收，六边形区域分割的结构，不仅对一定频率的光具有慢光效应，由于前电极嵌入慢光波导底部，不仅对光的吸收影响少，而且保证了载流子流动的方向性和稳定性；前电极2和背电极4为光伏效应的载流子构成电路做准备，背接触层5对入射光增反，提高电池效率。
[0030]本实施例所述N型硅半导体层6为有禁带和慢光效应的纳米光子晶体介质柱或空气孔结构，包括禁带区构建基元8、禁带区构建基元间隙9和线缺陷波导10 ;禁带区构建基元8之间为均匀分布的禁带区构建基元间隙9，19行以上的禁带区构建基元8和禁带区构建基元间隙9组成禁带区，以便入射光或其分量不能向垂直于介质柱(或孔)的方向传播，具有很好的陷光作用；相邻禁带区构建基元8交接处为线缺陷波导10，线缺陷波导10则构成网状慢光波导结构；纳米光子晶体介质柱或空气孔结构的加工高度或深度为50μπι，整个N型娃半导体层6的厚度为70 μ m ;Ρ型娃半导体层7的结构与N型娃半导体层6的结构相同，或为单一的半导体结构，P型娃半导体层7与N型娃半导体层6结构相同时，其厚度为70 μπι ;Ρ型娃半导体层7为单一的半导体结构时，其厚度为200 μπι ；Ρ型娃半导体层7与背电极4在同一平面上，此时背电极4为网状结构，与前电极2的结构对应。
[0031]本实施例所述蜂窝状太阳能电池结构3的晶格常数为a，六边形边长1，参数a、I根据禁带和慢光的要求而变化，β代表六边形边长I与晶格常数a的比值，8卩β = 1/a,从O到I变化。
[0032]本发明所述蜂窝状太阳能电池结构3由具有禁带和慢光效应的二维硅基蜂窝状团簇、六边形区域分割排列组成，为六边形孔状结构构成的二维硅基光子晶体蜂窝状团簇结构或六边形介质柱状结构构成的二维硅基光子晶体蜂窝状团簇结构，蜂窝状太阳能电池结构3由内外完全对称的两个六边形组成，或由外面六边形、内部同心圆形组成，禁带区构建基元8形成的每个结构单元(如图2所示)的边长不少于禁带区构建基元8边长的9倍，此时每个单元有252个以上禁带区构建基元8 ;每个结构单元之间留有一行间隙形成线缺陷波导10 ;这些周期性变化的空气孔或介质柱具有较大的比表面积，能增加对入射光的吸收能力；其基元和晶格常数可调，以便结构的光子禁带尽量包括300?IlOOnm的区域；在光线入射时，禁带的存在使结构不允许光在平行于介质柱方向传播，从而有利于材料对光子的吸收和利用。
[0033]本实施例所述蜂窝状太阳能电池结构3的两种结构在增加陷光和光吸收方面有很多优势:两种结构都具有较大的比表面积；孔状结构对TM模式电磁波具有较大的禁带，介质柱状结构对TE模式电磁波具有较大的禁带，这样两种结构都具有很好的陷光效应，入射光在硅孔阵列中经过来回多次反射逐渐被吸收；慢光结构中，由于某些频率的光群速度可以很小，便于光子被材料吸收，从而产生更多的载流子，而且其慢光效应还保证了载流子流动的方向性和稳定性；结构的尺寸，可以根据吸收波长调整，以完成高效率的光学吸收；在其他条件不变情况下，由于陷光作用，结构的深度达到50 μπι时，电池在400?100nm的电磁波范围内，反射率就低于10%，从而在保证效率的基础上，极大节省材料成本；而且这两种周期性排列的结构形成PN结，光生载流子只需扩散很短的距离就能达到结区，提高载流子收集率；这两种结构周期性排列，由于对TE模式或TM模式电磁波有很好的禁带，理论上可比传统电池提高光电转换效率接近20%，而且这一结构和底层P型材料，不需要进一步进行掺杂等加工处理，具有很好的电学传输性能。
[0034]本实施例通过模拟计算发现:对某些频率的光，介质柱状结构对TM模式电磁波更容易获得较大的群折射率ng，介质柱状结构对TE模式电磁波得到的ng较小，虽然慢光的群速度与群折射率\成反比，但考虑到结构的力学性质和统一，具有慢光效应波导的设计没有追求极大的群折射率ng。