本发明设计光伏技术开发领域，更具体的，涉及一种应用于薄膜太阳能电池吸收层的超齐构吸收结构的设计。
背景技术
太阳能作为一种新型清洁无污染，取之不尽用之不竭的新能源在光伏发电等领域具有广阔的发展和应用前景。目前市场上可大面积推广的太阳能电池是硅太阳能电池，但是由于硅的提纯工艺十分复杂，对材料的数量和质量的要求限制了电池效率的提高，目前电池的光电转化效率还比较低。薄膜太阳能电池因吸收层的厚度缩小到百微米而明显的降低了硅的生成成本，但是却以降低吸收层的吸收能力为代价。于是，有人提出通过改变结构来增强吸收层的陷光效果。许多学者利用在吸收层增加周期性结构来增强吸收层的整体吸收能力，如：四方晶格的纳米线或者六方晶格的纳米孔等。尽管相对于未结构化的无定型硅薄板，周期性布置能有效地提高吸收层的吸收效果，但是周期性条件对加工精度的要求很高，而且周期性结构通常只会增加某个特定波长的吸收能力，并且对极化状态比较敏感。近年，有学者研究了无序的结构布置对吸收层吸收能力的影响，比如：在吸收层布置无序分布的纳米孔或者周期性布置半径随机的分布的纳米孔等。所研究的无序结构相对于周期性结构的吸收能力确实得到了进一步的提高，但是所涉及的无序条件的设计通常比较随意，不仅限制了吸收能力的进一步提高，在实际应用中也缺乏明确的指导思想。
技术实现要素：
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提出了一种解决现有的吸收层的结构设计中吸收效果差，结构设计随意，对入射光的极化状态和入射角度敏感等问题的吸收结构的制造方法及吸收结构。
为解决上述技术问题，本发明提供一种吸收结构的制造方法，吸收结构包括结构单元以及设置在结构单元上的多个通孔，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，获得结构单元的尺寸l；
步骤2，根据尺寸l确定被限制的波矢范围kc；
步骤3，使小于波数范围kc的波矢满足结构因子等于0；
步骤4，获得通孔分布，其中通孔分布满足分子动力学模拟中的结构势函数的值最小。
优选地，步骤1中，结构单元的尺寸l满足：
其中，n为通孔的数目，r为通孔的半径，f为通孔的填充比。
优选地，步骤2中，将结构单元转换到波矢空间，根据尺寸l的大小在倒格子空间确定被限制的波矢范围kc。
优选地，步骤3中，使小于波数范围kc的波矢满足结构因子等于0为s(k＜kc)＝0；
其中，k为互易空间的波失，kc为临界波失，k＜kc为满足此条件的波失被限制在结构因子为0的区域；
s(k)满足：
其中，i为虚数单位，rj为第j个通孔的空间位置，j为正整数、j≥1。
优选地，步骤4中，结合模拟退火算法选择最优的通孔分布，通孔分布使得分子动力学模拟中的结构势函数的值最小；其中结构势函数e满足：
一种吸收结构，包括：结构单元；通孔，多个通孔设置在结构单元上；其中通孔满足所述的吸收结构的制造方法。
优选地，结构单元的厚度为0.2μm，结构单元的尺寸为4μm×4μm。
优选地，其特征在于，结构单元为无定型硅板。
优选地，其特征在于，通孔的半径为0.12μm。
优选地，其特征在于，通孔的数量为140个。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：可应用于薄膜太阳能电池的对入射光极化状态不敏感的超齐构吸收结构在垂直入射条件下，吸收结构在太阳能波段的整体吸收能力高达67.8％，是未结构化无定型硅薄板的1.74倍，在特定宽波段内的吸收率可大于0.8，表现出宽谱高吸收的特点。此外，所述超齐构吸收结构的吸收能力不受入射光偏振状态的影响，在不同的极化状态的入射条件下，均能保证宽谱高吸收的能力。整体的吸收能力对入射角度不敏感，入射角度在30°范围内，整体吸收能力仍高于67％。同时，进一步增加吸收结构的厚度，本发明所述的超齐构吸收结构的吸收能力可进一步提高，并且能显著增强长波段的吸收效果。进一步考虑实际加工过程中可能寻在的加工误差，当空气孔的半径大小也随机分布时，本发明所述的超齐构吸收结构的吸收效果不仅没有降低，在一定条件下，吸收能力得到了进一步提高。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征目的和优点将会变得更明显。
图1a为本发明吸收结构的结构示意图；
图1b为本发明吸收结构在入射光垂直入射时的示意图；
图2为本发明吸收结构在太阳能光谱范围内的吸收图谱计算结果与未结构化的无定型硅薄板的吸收图谱的对比图；
图3为图2的吸收结构与未结构化的无定型硅薄板的结果对比图；
图4为本发明吸收结构的整体吸收能力随入射角度的变化图；
图5为本发明吸收结构的在太阳能光谱范围内的吸收图谱随着吸收结构厚度的变化结果图；
图6为改变图2吸收结构中布置的空气孔的半径，随机化半径大小并使相邻的空气孔不重叠的情况下计算得到的吸收图谱。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明中，一种可应用于薄膜太阳能电池对入射光的极化状态以及入射角度不敏感的超齐构吸收结构是由厚度为0.2μm，亚单元尺寸为4μm×4μm的无定型硅薄板1组成。其中，亚单元内布置由有约140个，半径为0.12μm的空气通孔2，空气通孔2的分布遵循超齐构分布(短程有序，长程无序)。在垂直入射条件下，本发明所述的超齐构吸收结构在所研究太阳光波段的整体吸收能力高达67.8％，是未结构化无定型硅薄板的1.74倍，在特定宽波段内的吸收率可大于0.8，表现出宽谱高吸收的特点。同时，所述超齐构吸收结构的吸收能力对入射光的极化特性不敏感，在不同的入射光偏振状态下均能维持稳定的吸收特性。并且，不同的入射角度条件下，整体吸收能力无明显下降，在30°范围内整体吸收能力仍高于67％。此外，继续增加本发明所述超齐构吸收结构的厚度，其吸收能力可进一步提高，并且能显著增强长波段的吸收效果。考虑实际应用过程中可能存在的加工误差，超齐构吸收结构的吸收能力受半径无序条件的影响不大。下面结合附图对本发明做进一步说明。
图1a和图1b是本发明所述的超齐构吸收结构的超齐构分布的示意图和布置纳米空气孔的无定型薄板的示意图以及超齐构分布在实空间和波矢空间的统计学特征。
其中图1a是超齐构分布的示意图，黑色表示无定型硅薄板，白色表示空气孔。图1b是所述超齐构吸收结构在入射光垂直入射时的示意图。
其中图1a的超齐构位置分布根据以下步骤得到：其中，所述超齐构结构的粒子排布根据以下步骤得到：(1)选择结构单元包含粒子数目以及粒子的几何尺寸大小以及填充比，从而得到实空间的结构单元的尺寸；(2)将结构转换到波失空间，确定被限制的波失范围kc；(3)利用分子动力学模拟使所有波数小于kc的波失满足结构因子等于0；(4)结合模拟退火算法选择最优的超齐构分布使得分子动力学模拟中的结构势函数的值最小。具体地，包括如下步骤：
步骤1，获得结构单元的尺寸l；
步骤2，根据尺寸l确定被限制的波矢范围kc；
步骤3，使小于波数范围kc的波矢满足结构因子等于0；
步骤4，获得通孔分布，其中通孔分布满足分子动力学模拟中的结构势函数的值最小。
优选地，步骤1中，结构单元的尺寸l满足：
其中，n为通孔的数目，r为通孔的半径，f为通孔的填充比。
优选地，步骤2中，将结构单元转换到波矢空间，根据尺寸l的大小在倒格子空间确定被限制的波矢范围kc。
优选地，步骤3中，使小于波数范围kc的波矢满足结构因子等于0为s(k＜kc)＝0；
其中，k为互易空间的波失，kc为临界波失，k＜kc为满足此条件的波失被限制在结构因子为0的区域；
s(k)满足：
其中，i为虚数单位，rj为第j个通孔的空间位置，j为正整数、j≥1。
优选地，步骤4中，结合模拟退火算法选择最优的通孔分布，通孔分布使得分子动力学模拟中的结构势函数的值最小；其中结构势函数e满足：
图2是所述的超齐构吸收结构在太阳能波段的吸收图谱(包括te极化和tm极化入射光)与未结构化的无定型硅薄板吸收图谱(a)的对比。
其中无定型硅薄板厚度为0.2μm，亚单元大小为4μm×4μm，空气孔半径为0.12μm，空气孔分布遵循超齐构分布特点。未结构化的无定型硅薄板则未布置空气孔。
其中吸收率的计算采用有限时域差分模拟方法，监视器记录反射率和透射率的大小，根据能量守恒可的结构的吸收率：a＝1-t-r。
其中计算结果表明，与未结构化的薄板相比，本发明所述的超齐构吸收结构的吸收能力更高，特别是在短波段范围内吸收效果有明显增强，te入射波的吸收率图谱与tm入射波的吸收率图谱基本一致，表明本发明所述的超齐构吸收结构的吸收能力对入射光的偏振状态不敏感。
图3是图2所述超齐构吸收结构的整体吸收能力(ia)与未结构化的无定型硅薄板的结果对比。
其中整体的吸收能力(ia)可根据公式：
计算得到，其中am(λ)为大气质量。
其中计算结果表明，本发明所述超齐构吸收结构的整体吸收能力要优于未结构化的薄板，其整体的吸收能力高达67.8％，是未结构化的无定型薄板的1.74倍。
图4是所述的超齐构吸收结构的整体吸收能力(ia)随入射角度的变化。
其中计算结果表明，本发明所述超齐构吸收结构的整体吸收能力受入射角度的影响不大，入射角度30°范围内，ia仍高于67％。
图5是所述的超齐构吸收结构的在太阳能光谱范围内的吸收图谱随着吸收结构厚度的变化结果。
其中不同颜色的曲线表示不同厚度的超齐构吸收结构的吸收图谱，随着厚度的增加，吸收结构的吸收能力可进一步提高，并且能显著增强长波段的吸收效果。
图6是改变图2所述超齐构吸收结构中布置的空气孔的半径，随机化半径大小并使相邻的空气孔不重叠的情况下计算得到的吸收图谱。其中虚线表示的是半径不统一的超齐构吸收结构的吸收图谱，实线为所述图2条件下的计算结果。结果表明，本发明所述的超齐构吸收结构对加工误差的容忍度很高，半径随机的条件并不会降低所述吸收结构的吸收能力。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。