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硅薄膜太阳电池表面纳米线阵列光学设计

耿超 郑义 张永哲 严辉

硅薄膜太阳电池表面纳米线阵列光学设计

耿超, 郑义, 张永哲, 严辉
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-11-08
  • 修回日期:  2016-01-18
  • 刊出日期:  2016-04-05

硅薄膜太阳电池表面纳米线阵列光学设计

    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 51302081, 61575010, 61574009, 11274028, 11574014)、北京市科技新星(批准号: Z141109001814053)、北京市科委先导与优势材料创新项目(批准号: Z151100003315018, Z151100003315004, Z151100003515003)和中国科学院重点实验室开放课题(批准号: KLSMS-1404)资助的课题.

摘要: 陷光结构的优化是增加硅薄膜太阳电池光吸收进而提高其效率的关键技术之一. 以硅纳米线阵列为代表的光子晶体微纳陷光结构具有突破传统陷光结构Yablonovith极限的巨大潜力. 通常硅纳米线阵列可以用作太阳电池的增透减反层、轴向p-n结、径向p-n结. 针对以上三种应用, 本文运用有限时域差分(FDTD)法系统研究了硅纳米线阵列在 300-1100 nm 波段的光学特性. 结果表明, 当硅纳米线作为太阳电池的减反层时, 周期P=300 nm, 高度H=1.5 m, 填充率(FR)为0.282条件下时, 反射率最低为7.9%. 当硅纳米线作为轴向p-n结电池时, P=500 nm, H=1.5 m, FR=0.55条件下纳米线阵列的吸收效率高达22.3%. 硅纳米线作为径向p-n结电池时, 其光吸收主要依靠纳米线, 硅纳米线P=300 nm, H=6 m, FR= 0.349 条件下其吸收效率高达32.4%, 进一步提高其高度吸收效率变化不再明显. 此外, 本文还分析了非周期性硅纳米线阵列的光学性质, 与周期性硅纳米线阵列相比, 直径随机分布和位置随机分布的硅纳米线阵列都可以使吸收效率进一步提高, 相比于周期性硅纳米线阵列, 优化后直径随机分布的硅纳米线阵列吸收效率提高了39%, 吸收效率为27.8%. 本文运用FDTD法对硅纳米线阵列的光学特性进行设计与优化, 为硅纳米线阵列在太阳电池中的应用提供了理论支持.

English Abstract

参考文献 (20)

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