CN204407341U - 一种带有相位光栅纳米结构的太阳能电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带有相位光栅纳米结构的太阳能电池。在太阳能电池的表面制作透射型相位光栅，相位光栅由一系列刻蚀槽构成，所述刻蚀槽的深度由公式h-λ/[2(n-1)]计算得出，使得入射光从光栅上表面传播到下表面的相位差为π，其中λ为入射光的中心波长，n是太阳能电池表面相位光栅材料的折射率；所述刻蚀槽的宽度和间隔根据惠更斯-菲涅尔原理设计，由菲涅尔波带法计算得出。本实用新型利用相位光栅与太阳能电池集成，实现高性能、小尺寸高效率光伏系统；可以有效降低太阳能电池表面的反射率；有效增加光子在太阳能电池PN结区的吸收长度；有效增加入射光在太阳能电池的PN结区的光场强度；有效提高太阳能电池的PN结区对光子的有效吸收。

Description

一种带有相位光栅纳米结构的太阳能电池

技术领域

本实用新型涉及太阳能电池，尤其涉及一种带有相位光栅纳米结构的太阳能电池。

背景技术

光伏发电一直是备受关注的清洁能源解决方案，太阳能电池也是目前最具活力的研究领域之一。太阳能电池依靠光伏效应来实现对太阳能的有效利用，在经近一个世纪的发展之后，太阳能电池已历经三代，第一代是基于硅材料的晶体太阳能电池，第二代是包括非晶硅、聚晶硅(polycrystallinesilicon)、碲化镉(CdTe)、硒化铜铟镓(CIGS)等材料的薄膜型电池，第三代是新型高转换率太阳能电池，包括多结型(multi-junction or tandem)、中间能带性(intermediateband)、载流子倍增型(carrier-multiplication)、光子能量转变型(prior up or downenergyconversion)，其中只有多结型目前被应用到了实际当中。

目前市场上主流的太阳能电池大多为硅太阳能电池。但是硅太阳能电池的光电转换效率极限只有24％。为了达到更高的转换效率，人们开始研制基于砷化镓材料的太阳能电池。单结的砷化镓太阳能电池的理论极限约为27％。

砷化镓属于III-V族化合物半导体材料，与硅不同，它是直接带隙材料，有着更好的能量转化效率。而且，砷化镓的带隙为1.42eV,与太阳光的光谱匹配能力好，对太阳光有非常好的吸收特性。因此，相比于硅太阳能电池通常150微米的厚度，砷化镓太阳能电池可以做得更薄，达到5～10微米。此外，砷化镓太阳能电池具有耐高温的特性，在300℃的条件下，硅太阳能电池已经停止运作，而砷化镓电池的转换效率仍然有10％，这一特性使得砷化镓电池可以被用于聚光太阳能系统。

为突破单结太阳能电池的转换效率极限，人们开始研究基于不同禁带宽度材料的多结叠层太阳能电池结构。1994年，美国的清洁能源实验室(NREL)发布GaInP/GaAs聚光多结太阳能电池，效率超过30％。如今，多结叠层太阳能电池的已成为转换效率最高的太阳能电池结构，并不断刷新记录。根据NREL最新的统计数据，截至本实用新型撰写之时，转换效率最高已达到44.7％。

在此基础上，很多人希望通过制作表面纳米结构的方式获得进一步改良，其中包括纳米线、纳米锥、减反层镀膜等技术，通过降低表面反射率的方法提高太阳能电池材料整体对入射光的吸收率，从而提高光电转换效率。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提出一种带有相位光栅纳米结构的太阳能电池，解决传统太阳能电池反射率高、光子吸收率低、短路电流和开路电压较低等缺点，并针对特定的吸收层进行设计优化。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一、一种带有相位光栅纳米结构的太阳能电池

本实用新型包括太阳能电池；在所述太阳能电池的上表面制作透射型相位光栅，相位光栅由一系列刻蚀槽构成，所述刻蚀槽的深度由公式h-λ/[2(n-1)]计算得出，使得入射光从光栅上表面传播到下表面的相位差为π，其中λ为入射光的中心波长，n是太阳能电池表面相位光栅材料的折射率；所述刻蚀槽的宽度和间隔根据惠更斯-菲涅尔原理设计，由菲涅尔波带法计算得出。

所述刻蚀槽的深度为入射光的中心波长的四分之一，使从刻蚀槽底部反射的光与从光栅上表面反射的光的相位差为π。

所述太阳能电池表面相位光栅材料的折射率接近3。

所述太阳能电池为三结叠层砷化镓太阳能电池，其中第一结材料为铟镓磷，第二结材料为砷化镓，第三结材料为铟镓砷的太阳能电池。

所述三结叠层砷化镓太阳能电池上表面，针对第一结的聚焦点和中心波长有相位光栅,把入射光聚焦在三结叠层砷化镓太阳能电池的第一结的PN结区中。

所述三结叠层砷化镓太阳能电池上表面，针对第二结的聚焦点和中心波长有相位光栅,把入射光聚焦在三结叠层砷化镓太阳能电池的第二结的PN结区中。

所述三结叠层砷化镓太阳能电池上表面，分别针对第一结和第二结的聚焦点和中心波长有各自的相位光栅,两个相位光栅正交，同时把入射光聚焦在三结叠层砷化镓太阳能电池的第一结和第二结PN的结区中。

二、另一种带有相位光栅纳米结构的太阳能电池，

本实用新型包括太阳能电池；在太阳能电池的上表面制作透射型相位光栅，相位光栅光栅由一系列具有的周期性刻蚀槽构成，其周期等于结区材料的中心波长，将垂直于结区入射的光转为沿着结区水平方向传播的光。

所述刻蚀槽深度为中心波长的四分之一，使从刻蚀槽底部反射的光与从光栅上表面反射的光的相位差为π。

所述太阳能电池表面构成光栅材料的折射率接近3。

本实用新型具有的有益效果是：

1.本实用新型的透射型相位增强聚焦光栅利用一个新的原理机制将相位光栅与太阳能电池集成，实现高性能、小尺寸高效率光伏系统，。

2.本实用新型的透射型相位光栅可以有效降低太阳能电池表面的反射率。

3.本实用新型的透射型相位光栅可以有效增加光子在太阳能电池PN结区的吸收长度。

4.本实用新型的透射型相位光栅可以有效增加入射光在太阳能电池的PN结区的光场强度。

5.本实用新型的透射型相位光栅可以有效提高太阳能电池的PN结区对光子的有效吸收。

附图说明

图1是本实用新型带有透射型表面相位光栅的太阳能电池的示意图。

图2是本实用新型的相位光栅设计示意图。

图3是本实用新型的针对三结叠层砷化镓电池的实施例设计的500纳米波长焦平面在第一结PN结区吸收层底部的相位光栅(简称光栅1)的示意图。

图4是当透射型光栅聚焦面设定在电池第一结的PN结结区(吸收层底部)时，500纳米波长入射光在聚焦面处的光强分布。

图5是在三结叠层砷化镓电池表面制作了光栅1后的反射率与未制作光栅1时反射率的对比曲线图。

图6是在多结叠层砷化镓电池表面制作了光栅1后的第一结PN结区吸收层的吸收率与未制作光栅1时第一结PN结区吸收层吸收率的对比曲线图。

图7是本实用新型提出的针对750纳米波长设计的焦平面在第二结PN结区吸收层底部的相位光栅(简称光栅2)的示意图。

图8是当透射型光栅聚焦面设定在电池第二结的PN结结区(吸收层底部)时，750纳米波长入射光在聚焦面处的光强分布。

图9是在多结叠层砷化镓电池表面制作了光栅2后的反射率与未制作光栅2时反射率的对比曲线图。

图10是在多结叠层砷化镓电池表面制作了光栅2后的第二结PN结区吸收层的吸收率与未制作光栅2时第二结PN结区吸收层吸收率的对比曲线图。

图11是本实用新型提出的同时针对500纳米波长和750纳米波长设计的焦平面分别在第一、二结PN结区吸收层底部的正交相位光栅(简称光栅3)的示意图。

图12(a)是500纳米波长的光入射到制作了光栅3的多结叠层砷化镓电池表面后，电池第一结的PN结结区(吸收层底部)的光强分布；(b)是750纳米波长的光入射到制作了光栅3的多结叠层砷化镓电池表面后，电池第二结的PN结结区(吸收层底部)的光强分布。

图13是在多结叠层砷化镓电池表面制作了光栅3后的反射率与未制作光栅3时反射率的对比曲线图。

图14是在多结叠层砷化镓电池表面制作了光栅3后的第一结PN结区吸收层的吸收率与未制作光栅3时第一结PN结区吸收层吸收率的对比曲线图。

图15是在多结叠层砷化镓电池表面制作了光栅3后的第二结PN结区吸收层的吸收率与未制作光栅3时第二结PN结区吸收层吸收率的对比曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型包括太阳能电池；其特征在于：在所述太阳能电池的上表面制作透射型相位光栅，相位光栅由一系列刻蚀槽构成，所述刻蚀槽的深度由公式h＝λ/[2(n-1)]计算得出，使得入射光从光栅上表面传播到下表面的相位差为π，其中λ为入射光的中心波长，n是太阳能电池表面相位光栅材料的折射率；所述刻蚀槽的宽度和间隔根据惠更斯-菲涅尔原理设计，由菲涅尔波带法计算得出。

所述刻蚀槽的深度为入射光的中心波长的四分之一，使从刻蚀槽底部反射的光与从光栅上表面反射的光的相位差为π。

所述太阳能电池表面相位光栅材料的折射率接近3。

所述太阳能电池为三结叠层砷化镓太阳能电池，其中第一结材料为铟镓磷，第二结材料为砷化镓，第三结材料为铟镓砷的太阳能电池。

如图3所示，所述三结叠层砷化镓太阳能电池上表面，针对第一结的聚焦点和中心波长有相位光栅,把入射光聚焦在三结叠层砷化镓太阳能电池的第一结的PN结区中。

如图7所示，所述三结叠层砷化镓太阳能电池上表面，针对第二结的聚焦点和中心波长有相位光栅,把入射光聚焦在三结叠层砷化镓太阳能电池的第二结的PN结区中。

如图11所示，所述三结叠层砷化镓太阳能电池上表面，分别针对第一结和第二结的聚焦点和中心波长有各自的相位光栅,两个相位光栅正交，同时把入射光聚焦在三结叠层砷化镓太阳能电池的第一结和第二结PN的结区中。

在太阳能电池的上表面制作透射型相位光栅，相位光栅光栅由一系列具有的周期性刻蚀槽构成，其周期等于结区材料的中心波长，将垂直于结区入射的光转为沿着结区水平方向传播的光。

所述刻蚀槽深度为中心波长的四分之一，使从刻蚀槽底部反射的光与从光栅上表面反射的光的相位差为π。

如图1所示，本实用新型所述的带有透射型相位光栅纳米结构的太阳能电池包含一种制作在太阳能电池表面的透射型相位光栅，该实施例为三结叠层砷化镓太阳能电池，其第一结材料为铟镓磷，第二结材料为砷化镓，第三结材料为铟镓砷(通过双面生长法生长在砷化镓衬底上)。

太阳能电池的光电转换效率是指在外部回路上连接最佳负载电阻时的输出功率与入射到太阳能电池表面的总能量之比。光电转换效率是衡量太阳能电池的质量和技术水平的重要参数。除太阳能电池PN结本身的光生载流子产生能力之外，影响光电转换效率的外部因素有很多，常见的有太阳能电池表面对于太阳光的反射率，太阳能电池PN结结区对光子的吸收能力等。

对于太阳能电池，不仅需要通过降低电池表面的反射率来提升整体的光子吸收，更要增加光子在PN结结区的吸收，从而增加光生载流子密度，进一步增大太阳能电池的短路电流和开路电压。

本实用新型通过在电池表面制作透射型相位光栅，一方面减少表面反射，另一方面使得入射光聚焦在PN结结区，或者通过光栅衍射效应使垂直入射的光偏折一个角度，增加光在PN结结区的传播长度，提升光子的吸收率，进而提高整个太阳能电池的光电转换效率。

下面将详述透射型相位光栅的设计细节。

本实用新型涉及的透射型相位光栅是基于惠更斯—菲涅尔原理设计的一种特殊光栅，用来对平行光起到汇聚作用。

惠更斯原理描述了波的传播过程。假设在某一时刻，波源S的波阵面为∑，∑上的每一点都是一个发出球面次波新的次波源。在一段时间后，所有次波的包络面形成了一个新的波阵面∑’。波面的法线方向就是波的传播方向。这个就是惠更斯原理。菲涅尔将干涉现象引入了惠更斯原理。由于所有的次波都来自同一个光源，因此这些次波是相干的，所以新的波阵面∑’上的每一点的光振动都是光源和该点之间任意一个波阵面上发出的次波的叠加结果。这个就是惠更斯—菲涅尔原理。

对于透射型相位光栅的设计，可以采用基于惠更斯—菲涅尔原理的菲涅尔波带法。如图2所示，假设入射光是波长为λ的单色平行光，其在某一时刻的波面是∑，P是设计的聚焦点。假设P点到波面∑的距离是r₀，以r₀+λ/2，r₀+λ，r₀+3λ/2…r₀+jλ/2为半径在法平面内画圆，这些圆与波面∑相交并将其分割成很多区段，相邻区段对应边缘到P点的光程差正好是半波长λ/2(相位差为π)。将这些区段沿法平面正交方向延伸，就形成一系列条形波带，这些条形波带就是菲涅尔半波带。

为了实现入射光在P点处相位增强，需要补偿相邻菲涅尔半波带对应边缘到P点的λ/2光程差(π相位差)，因此需要制作透射型相位光栅，将每隔一个的条形波带刻蚀一定深度，使得入射光从光栅上表面传播到下表面的相位差为π(或π的奇数倍)，因此光栅的刻蚀槽深度h应满足：

$h=\frac{\mathrm{\λ}}{2(n-1)}$

上式中n是相位光栅材料的折射率。

同时，为了减小表面反射，刻蚀槽深度h最好能使从刻蚀槽底部反射的光与从光栅上表面反射的光的相位差为π，即满足

$h=\frac{\mathrm{\λ}}{4}$

由以上二式可得相位光栅材料的最佳折射率为3。由于太阳光具有很宽的光谱范围，所以以上二式不需要对特定的波长同时成立，只需要接近即可。例如：砷化铝是比较符合上述条件的材料之一。它与砷化镓晶格匹配，折射率实部在波长大于670nm时基本保持在3左右。而且由于其禁带宽度较大，吸收截止波长在440nm左右，在可见光波长范围内基本透明，这可以减小入射的太阳光在相位光栅内的损耗。虽然砷化铝在空气中容易被氧化，但这个问题可通过在其组分中掺入少量镓解决。

上述相位光栅可以制作在单结太阳能电池上，也可制作在多结太阳能电池上。在多结太阳能电池的情况下，可以针对两个不同PN结上的聚焦点和对应这两个不同PN结吸收峰的中心波长分别设计制作两个正交的光栅。

下面通过一个三结叠层砷化镓太阳能电池的具体实施例说明本实用新型。参照图1的层状结构和参数，该电池的第一结包含一个位于上表面的相位光栅层，一个20nm厚的In_0.51Al_0.49P窗口层，第一结PN结结区包含一个60nm的In_0.49Ga_0.51P发射极和1200nm的In_0.49Ga_0.51P基极。我们设计两个正交的一维相位光栅纳米结构，分别针对500纳米和750纳米的波长，使得的衍射光聚焦在第一结和第二结的吸收层上。这样的结构与传统环状菲涅尔透镜相比虽然聚焦作用有所下降，但在实际应用中由于可以设计成正交的二维光栅，从而使得同时在电池的不同结区都可以进行聚焦，具体设计如下：

对于三结叠层砷化镓太阳能电池的第一结，其吸收中心波长为500纳米，因此取λ＝500nm进行设计。假设光栅材料为砷化铝，砷化铝的折射率n_AlAs在500纳米波长处为3.36，则透射型相位光栅的刻蚀槽深度：

$h=\frac{\mathrm{\λ}}{2(n_{\mathrm{AlAs}}-1)}=\frac{500}{2\×(3.36-1)}=106\mathrm{nm}$

透射型相位光栅的焦距：f＝20nm+60nm＝80nm

In_0.51Al_0.49P在500纳米波长处的折射率为3.18。

In_0.49Ga_0.51P在500纳米波长处的折射率为3.72。

等效折射率：

$n_{\mathrm{eff}}=\frac{20\mathrm{mm}\×3.18+60\mathrm{mm}\×3.72}{20\mathrm{nm}+60\mathrm{nm}}=3.81$

各个菲涅尔半波带边缘位置R_m满足以下公式：

$\sqrt{f^2+R_m^2}-f=\frac{\mathrm{m\λ}}{2n_{\mathrm{eff}}}$

其中m是第m个波带。由此计算可得光栅1参数如下表：

设计好的光栅1结构如图3所示。

类似地对于三结叠层砷化镓太阳能电池第二结，其吸收中心波长为750纳米，因此取750纳米波长为中心波长进行设计，根据图1的结构参数计算得光栅2齿高h＝183nm，波带参数如下表：

设计好的光栅2结构如图7所示。

通过将以上两种光栅结构正交，齿高取中间值h＝145nm，就可得到焦平面分别在第一结PN结区(对应波长500纳米)和第二结PN结区(对应波长750纳米)的二维透射型相位光栅，如图11所示。

不同的材料的折射率与吸收率都随波长变化，并对光产生影响，因此在设计的过程中，GaAs、In_0.51Al_0.49P和In_0.49Ga_0.51P材料复折射率的实部n与虚部k都在设计的考虑范围内。

当然，本实用新型的相位光栅纳米结构也可用于单结的太阳能电池，两个正交的光栅可以针对两个不同的波长聚焦在同一PN结的吸收层。也可以仅采用一个方向的相位光栅。

本实用新型的相位光栅也可采用周期性结构，其周期接近第一结区材料中的中心波长(即λ/n)，不对入射光进行聚焦，而是将垂直入射的光转为基本沿着结区水平传播的光，从而增大吸收长度和吸收率。

本实用新型的相位光栅可以通过纳米压印的方法进行大面积制作，从而降低制作成本。

效果分析

1，聚焦效果分析：

由图4可以看出，500纳米波长的入射光经过光栅1之后在第一结PN结区的吸收层底部出现了很多衍射级次，而其中主衍射级次的强度很高且范围很小(宽度在100nm，远小于整个单元的2微米宽度)，基本上实现了聚焦功能。如图8所示，750纳米波长的入射光经过光栅2之后在第二结PN结区的吸收层也有非常好的聚焦效果。由图12可以看出，当将两个透射型相位光栅正交获得光栅3后，出现了正交的衍射级次。由于短波长对齿高的变化更为敏感，所以500纳米波长的入射光在第一结区吸收层的聚焦效果受到了一定影响，但仍能看到一定的聚焦作用，如图12(a)；而750纳米的入射光则在第二结结区区发射极底部仍然具有非常明显的聚焦效果，如图12(b)。

2，减反射效果分析：

如图5所示，将光栅1制作在砷化镓多结叠层电池表面后，起到了很明显的减反射效果。以下公式可以计算出此时的权重反射率(平均反射率)：

$\stackrel{\‾}{R}=\frac{\∫I\left(\mathrm{\λ}\right)R\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}}{\∫I\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}}$

上式中I(λ)是太阳光在波长λ处的光强，R(λ)是太阳能电池在波长λ处的反射率。经计算得出，表面未制作任何结构的砷化镓三结叠层太阳能电池片在300nm～900nm太阳能光谱(AM1.5)范围内的权重反射率为35.3％，而制作了光栅1后，权重反射率降到10.1％。而根据图9和图13所示，计算得出制作了光栅2和光栅3电池片的权重反射率分别为12.6％和10.2％。由此可见，在砷化镓三结叠层太阳能电池表面制作透射型相位光栅可以显著降低其表面反射率。而表面反射率的降低则意味着有更多的光子可以被整体太阳能电池材料吸收，这对增大短路电流，从而增大提高电池的光电转换效率有着非常积极的作用。

3，吸收层光子吸收率分析：

尽管在太阳能电池表面制作相位光栅可以降低表面反射率，从而增大整体吸收，但并不是所有被整体太阳能电池材料吸收掉的光子都可以被转换为载流子。在砷化镓三结叠层太阳能电池结构中，在特定波长范围内的光子只有被每一结的PN结区吸收掉，才能产生有效的光生载流子。因此，我们需要进一步分析该透射型相位光栅对目标结PN结区吸收率的影响。

如图6和图14所示，分别是制作了光栅1和光栅3的砷化镓三结叠层太阳能电池在第一结PN结区的吸收率与未作任何表面结构的砷化镓三结叠层太阳能电池在该层结区吸收率的对比曲线。图中吸收率曲线在700nm附近的陡降与In_0.49Ga_0.51P在室温下1.85eV的禁带宽度相吻合。由这两幅图可以直观地看出，制作了透射型相位光栅结构后，目标结PN结区(焦平面)的吸收率获得了显著的提升。在中心波长500纳米处的吸收率从51.6％分别提高到82.7％(制作光栅1后)和67.5％(制作光栅3后)。

通过以下公式可以计算出此时的权重吸收率(平均吸收率)：

$\stackrel{\‾}{A}=\frac{\∫I\left(\mathrm{\λ}\right)A\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}}{\∫I\left(\mathrm{\λ}\right)\mathrm{d\λ}}$

上式中A(λ)是太阳能电池在波长λ处的吸收率。经过该公式计算，未制作任何表面结构的砷化镓多结叠层电池片第一结PN结区吸收层在300nm～900nm太阳能光谱(AM1.5)范围内的权重吸收率为31.2％，而制作了光栅1和光栅3的电池片在该层的权重吸收率分别达到了50.9％和40.1％。根据下式可以计算出太阳能电池对光子的权重吸收率(平均吸收率)：

${\stackrel{\‾}{A}}_{\mathrm{phonton}}=\frac{\∫I\left(\mathrm{\λ}\right)A\left(\mathrm{\λ}\right)\·\mathrm{\λd\λ}}{\∫I\left(\mathrm{\λ}\right)\·\mathrm{\λd\λ}}$

经计算，未制作透射型相位光栅的太阳能电池电池在300nm-900nm波长范围内第一结PN结区的光子吸收率为27.8％，而制作了光栅1和光栅3后，该区域的光子吸收率分别被提高到44.0％和36.2％。由于作为光栅材料的砷化铝在440nm以下有较强吸收，而光栅3的高度比光栅1多了40nm，这增加了短波在光栅3内的损耗，因此制作了光栅3的太阳能电池在第一结PN结区的吸收率受到影响，略低于制作了光栅1的太阳能电池。

同样地，对于第二结PN结区的吸收率，如图10和图15所示，可以直观地看出制作了光栅2和光栅3后，该结区吸收率获得了提高。在中心波长750纳米处的光强吸收率从39.3％分别被提高到56.1％(制作光栅2后)和60.4％(制作光栅3后)。经计算，未制作任何微结构的砷化镓三结叠层电池片第二结PN结区吸收层在300nm～900nm太阳能光谱(AM1.5)范围内的权重吸收率为12.9％，而制作了光栅2和光栅3后，该区域的权重吸收率分别被提高到19.7％和20.1％。而对光子的权重吸收率则从16.3％分别提高到25.2％和25.7％。

本实用新型的透射型相位光栅有很多优点。因为该相位光栅制作在三结叠层砷化镓太阳能电池表面，所以相位光栅和三结叠层砷化镓太阳能电池具有高度的集成性，大大的降低了太阳能电池的成本。同时，太阳能电池表面的反射率也能显著降低，能够有效提高太阳能电池对于太阳光的利用。由于该相位光栅对光线具有汇聚作用，导致光子在PN结区的吸收长度大幅增加。更重要的是，经过特殊设计的相位光栅增大了焦平面处目标PN结吸收区的光场强度，有益于光生载流子的产生，能大幅提高电池的短路电流，能有效提高电池的开路电压。

本实用新型的实施例只是用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种带有相位光栅纳米结构的太阳能电池，包括太阳能电池；其特征在于：在所述太阳能电池的上表面制作透射型相位光栅，相位光栅由一系列刻蚀槽构成，所述刻蚀槽的深度由公式h-λ/[2(n-1)]计算得出，使得入射光从光栅上表面传播到下表面的相位差为π，其中λ为入射光的中心波长，n是太阳能电池表面相位光栅材料的折射率；所述刻蚀槽的宽度和间隔根据惠更斯-菲涅尔原理设计，由菲涅尔波带法计算得出。

2.根据权利要求1所述的一种带有相位光栅纳米结构的太阳能电池，其特征在于：所述刻蚀槽的深度为入射光的中心波长的四分之一，使从刻蚀槽底部反射的光与从光栅上表面反射的光的相位差为π。

3.根据权利要求1所述的一种带有相位光栅纳米结构的太阳能电池，其特征在于：所述太阳能电池为三结叠层砷化镓太阳能电池，其中第一结材料为铟镓磷，第二结材料为砷化镓，第三结材料为铟镓砷的太阳能电池。

4.根据权利要求3所述的一种带有相位光栅纳米结构的太阳能电池，其特征在于：所述三结叠层砷化镓太阳能电池上表面，针对第一结的聚焦点和中心波长有相位光栅,把入射光聚焦在三结叠层砷化镓太阳能电池的第一结的PN结区中。

5.根据权利要求3所述的一种带有相位光栅纳米结构的太阳能电池，其特征在于：所述三结叠层砷化镓太阳能电池上表面，针对第二结的聚焦点和中心波长有相位光栅,把入射光聚焦在三结叠层砷化镓太阳能电池的第二结的PN结区中。

6.根据权利要求3所述的一种带有相位光栅纳米结构的太阳能电池，其特征在于：所述三结叠层砷化镓太阳能电池上表面，分别针对第一结和第二结的聚焦点和中心波长有各自的相位光栅,两个相位光栅正交，同时把入射光聚焦在三结叠层砷化镓太阳能电池的第一结和第二结PN的结区中。

7.一种带有相位光栅纳米结构的太阳能电池，包括太阳能电池；其特征在于：在太阳能电池的上表面制作透射型相位光栅，相位光栅光栅由一系列具有的周期性刻蚀槽构成，其周期等于结区材料的中心波长，将垂直于结区入射的光转为沿着结区水平方向传播的光。

8.根据权利要求7所述的一种带有相位光栅纳米结构的太阳能电池，其特征在于：所述刻蚀槽深度为中心波长的四分之一，使从刻蚀槽底部反射的光与 从光栅上表面反射的光的相位差为π。