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基于纳米孔阵列增透膜的光伏器件特性分析及实验研究

王宁 朱永 韦玮 陈建君 李平 文玉梅

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基于纳米孔阵列增透膜的光伏器件特性分析及实验研究

王宁, 朱永, 韦玮, 陈建君, 李平, 文玉梅

Characteristics of the photovoltaic device with nanohole array antireflection coating layer

Wang Ning, Zhu Yong, Wei Wei, Chen Jian-Jun, Li Ping, Wen Yu-Mei
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  • 利用严格耦合波理论分析了纳米孔阵列薄膜的光学特性,提出将纳米孔阵列薄膜作为光伏器件 增透膜来提高器件的光吸收和转换效率.理论分析表明:纳米孔阵列薄膜比单层增透膜有更好的增透效果, 能够更好地提高光伏器件的转换效率,在400 nm600 nm波段尤为显著.纳米孔阵列薄膜的最优结构参数: 周期为500 nm,填充率为0.2,厚度为110 nm.采用微纳加工技术,在 200 m Si 探测器的增透膜上制作了不同周期的纳米孔阵列,并搭建了相应的测试系统.实验结果表明: 周期为500 nm时器件的性能提高最为明显,短路电流在400 nm1100 nm波段提高约为6%, 在400 nm600 nm波段提高约为15%;开路电压提高约为2%.纳米孔阵列薄膜能够很好地提高光伏器件的转换效率.
    The optical characteristic of the nanohole array film is analyzed by using rigorous coupled wave, and the nanohole array film is proposed to serve as photovoltaic device anti-reflection film to improve the device absorption and efficiency. According to theoretical analysis, nanohole array anti-reflection film has a better anti-reflection effect than the monofilm and can better enhance the photovoltaic device's efficiency, especially in a speetral range of 400 nm600 nm; the optimal period of the nanohole array is 500 nm, the optimal filling factor of the nanohole array is 0.2 and the optimal thickness of the nanohole array is 110 nm. In order to testify the optical effect of nanohole array, the nanohole arrays of different sizes are made by the micro-nano processing technology in the anti-reflection film of the 200 m Si Detector, and a relevant experimental system is set up. With the optimized nanohole arrays, the short circuit currents of the experimental sample are increased ~6% in a 4001100 nm spectral range, especially, increased ~15% in a 400 nm-600 nm spectral range.
    • 基金项目: 国家自然科学基金重点项目(批准号: 50830202)和国家自然科学基金(批准号: 60707010)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the Key Program of the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50830202) and the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 60707010).
    [1]

    Catchpole K R, Polman A 2008 Opt. Express 16 21793

    [2]

    Walheim S, Schäffer E, Mlynek J, Steiner U 1999 Science 283 520

    [3]

    Stupca M, Alsalhi M, AlSaud T. Almuhanna A, Nayfeh M H 2007Appl. Phys. Lett. 91 063107

    [4]

    Zhang H X, Gu Y, Gong Q H 2008 Chin. Phys. B 17 2567

    [5]

    Pillai S, Catchpole K R, Trupke T, Green M A 2007 J. Appl. Phys.101 093105

    [6]

    Song Y M, Yu J S, Lee Y T 2010 Opt. Lett. 35 276

    [7]

    Han T, Meng F Y, Zhang S, Wang J Q, Cheng X M 2011 ActaPhys. Sin. 60 027303 (in Chinese) [韩涛,孟凡英,张松,汪建强,程雪梅 2011 物理学报 60 027303]

    [8]

    Hu L, Chen G 2007 Nano Lett. 7 3249

    [9]

    Han S E, Chen G 2010 Nano Lett. 10 1012

    [10]

    Her T H, Finlay R J, Wu C 1998 Appl. Phys. Lett. 73 1673

    [11]

    Mei H, Wang C, Yao J 2011 Opt. Commun. 284 1072

    [12]

    Zhao H J, Yang S L, Zhang D, Liang K Y, Cheng Z F, Shi D P2009 Acta Phys. Sin. 58 6236 (in Chinese) [赵华君,赵守良,张东,梁康有,程正富,石东平 2009 物理学报 58 6236]

    [13]

    Kong W J, Yun M J, Sun X, Liu J H, Fan Z X, Shao J D 2008 ActaPhys. Sin. 57 4904 (in Chinese) [孔伟金,云茂金,孙欣,刘均海,范正修,劭建达 2008 物理学报 57 4904]

    [14]

    Yu W X, Lu Z W, Wang P 2001 Acta Photon. Sin. 30 331(inChinese) [鱼卫星,卢振武,王鹏 2001 光子学报 30 331]

    [15]

    Zhou C H, Wang L, Nie Y, Wang Z H 2002 Acta Phys. Sin. 51 68(in Chinese) [周传宏,王磊,聂娅, 王植恒 2002 物理学报 51 68]

    [16]

    Yu W X, Lu Z W, Wang P 2001 Acta Optica Sin. 30 331(in Chinese) [鱼卫星,卢振武,王鹏 2001 光学学报 21 980]

    [17]

    Yu Y Q 1999 Concise Course of Electrodynamics (Beijing: PekingUniversity Press) p12 (in Chinese) [俞允强 1999 电动力学简明教程(北京: 北京大学出版社) 第12页]

    [18]

    Palik E D 1985 Handbook of Optical Constants of Solids (3rd Ed)(Orlando, FL:Academic) p531

    [19]

    Feng N N, Michel J, Zeng L 2007 IEEE Trans. Electron Dev. 541926

    [20]

    Yang G G 2008 Micro-Optics and System (Zhejiang: ZhejiangUniversity Press) p82 (in Chinese) [杨国光 2008 微光学与系统(杭州: 浙江大学出版社) 第82页]

    [21]

    Ni X Y 2007 Preparation of Nano-Material (Beijing: ChemicalIndustry Press) p97 (in Chinese) [倪星元 2007 纳米材料制备技术(北京: 化学工业出版社) 第97页]

  • [1]

    Catchpole K R, Polman A 2008 Opt. Express 16 21793

    [2]

    Walheim S, Schäffer E, Mlynek J, Steiner U 1999 Science 283 520

    [3]

    Stupca M, Alsalhi M, AlSaud T. Almuhanna A, Nayfeh M H 2007Appl. Phys. Lett. 91 063107

    [4]

    Zhang H X, Gu Y, Gong Q H 2008 Chin. Phys. B 17 2567

    [5]

    Pillai S, Catchpole K R, Trupke T, Green M A 2007 J. Appl. Phys.101 093105

    [6]

    Song Y M, Yu J S, Lee Y T 2010 Opt. Lett. 35 276

    [7]

    Han T, Meng F Y, Zhang S, Wang J Q, Cheng X M 2011 ActaPhys. Sin. 60 027303 (in Chinese) [韩涛,孟凡英,张松,汪建强,程雪梅 2011 物理学报 60 027303]

    [8]

    Hu L, Chen G 2007 Nano Lett. 7 3249

    [9]

    Han S E, Chen G 2010 Nano Lett. 10 1012

    [10]

    Her T H, Finlay R J, Wu C 1998 Appl. Phys. Lett. 73 1673

    [11]

    Mei H, Wang C, Yao J 2011 Opt. Commun. 284 1072

    [12]

    Zhao H J, Yang S L, Zhang D, Liang K Y, Cheng Z F, Shi D P2009 Acta Phys. Sin. 58 6236 (in Chinese) [赵华君,赵守良,张东,梁康有,程正富,石东平 2009 物理学报 58 6236]

    [13]

    Kong W J, Yun M J, Sun X, Liu J H, Fan Z X, Shao J D 2008 ActaPhys. Sin. 57 4904 (in Chinese) [孔伟金,云茂金,孙欣,刘均海,范正修,劭建达 2008 物理学报 57 4904]

    [14]

    Yu W X, Lu Z W, Wang P 2001 Acta Photon. Sin. 30 331(inChinese) [鱼卫星,卢振武,王鹏 2001 光子学报 30 331]

    [15]

    Zhou C H, Wang L, Nie Y, Wang Z H 2002 Acta Phys. Sin. 51 68(in Chinese) [周传宏,王磊,聂娅, 王植恒 2002 物理学报 51 68]

    [16]

    Yu W X, Lu Z W, Wang P 2001 Acta Optica Sin. 30 331(in Chinese) [鱼卫星,卢振武,王鹏 2001 光学学报 21 980]

    [17]

    Yu Y Q 1999 Concise Course of Electrodynamics (Beijing: PekingUniversity Press) p12 (in Chinese) [俞允强 1999 电动力学简明教程(北京: 北京大学出版社) 第12页]

    [18]

    Palik E D 1985 Handbook of Optical Constants of Solids (3rd Ed)(Orlando, FL:Academic) p531

    [19]

    Feng N N, Michel J, Zeng L 2007 IEEE Trans. Electron Dev. 541926

    [20]

    Yang G G 2008 Micro-Optics and System (Zhejiang: ZhejiangUniversity Press) p82 (in Chinese) [杨国光 2008 微光学与系统(杭州: 浙江大学出版社) 第82页]

    [21]

    Ni X Y 2007 Preparation of Nano-Material (Beijing: ChemicalIndustry Press) p97 (in Chinese) [倪星元 2007 纳米材料制备技术(北京: 化学工业出版社) 第97页]

  • [1] 卢辉东, 韩红静, 刘杰. 有机铅碘钙钛矿太阳电池结构优化及光电性能计算. 物理学报, 2021, 70(16): 168802. doi: 10.7498/aps.70.20210134
    [2] 江智宇, 王子仪, 王金金, 张荣君, 郑玉祥, 陈良尧, 王松有. 银纳米颗粒及阵列光传输性质的理论研究. 物理学报, 2016, 65(20): 207802. doi: 10.7498/aps.65.207802
    [3] 吴限量, 张德贤, 蔡宏琨, 周严, 倪牮, 张建军. 基于GaSb/CdS薄膜热光伏电池的器件设计. 物理学报, 2015, 64(9): 096102. doi: 10.7498/aps.64.096102
    [4] 杨彪, 刘向鑫, 李辉. 铁电半导体耦合光伏器件的历史与最新进展. 物理学报, 2015, 64(3): 038807. doi: 10.7498/aps.64.038807
    [5] 闻铭武, 杨笑微, 王占山. 基于X射线塔尔博特效应的纳米光栅制作模拟研究. 物理学报, 2015, 64(11): 114102. doi: 10.7498/aps.64.114102
    [6] 梁磊, 徐琴芳, 忽满利, 孙浩, 向光华, 周利斌. 晶体硅太阳电池表面纳米线阵列减反射特性研究. 物理学报, 2013, 62(3): 037301. doi: 10.7498/aps.62.037301
    [7] 陈淑芬, 邵茗, 郭旭, 钱妍, 石乃恩, 解令海, 杨洋, 黄维. 基于ZnS增透膜的顶发射白光有机发光二极管. 物理学报, 2012, 61(8): 087801. doi: 10.7498/aps.61.087801
    [8] 孔伟金, 王书浩, 魏世杰, 云茂金, 张文飞, 王心洁, 张蒙蒙. 基于严格耦合波理论的宽光谱金属介质膜光栅衍射特性分析. 物理学报, 2011, 60(11): 114214. doi: 10.7498/aps.60.114214
    [9] 王媛媛, 张彩虹, 马金龙, 金飙兵, 许伟伟, 康琳, 陈健, 吴培亨. 亚波长孔阵列的太赫兹波异常透射研究. 物理学报, 2009, 58(10): 6884-6888. doi: 10.7498/aps.58.6884
    [10] 赵华君, 杨守良, 张东, 梁康有, 程正富, 石东平. 亚波长金属偏振分束光栅设计分析. 物理学报, 2009, 58(9): 6236-6242. doi: 10.7498/aps.58.6236
    [11] 刘世元, 顾华勇, 张传维, 沈宏伟. 基于修正等效介质理论的微纳深沟槽结构反射率快速算法研究. 物理学报, 2008, 57(9): 5996-6001. doi: 10.7498/aps.57.5996
    [12] 孔伟金, 云茂金, 孙 欣, 刘均海, 范正修, 邵建达. 基于严格耦合波理论的多层介质膜光栅衍射特性分析. 物理学报, 2008, 57(8): 4904-4910. doi: 10.7498/aps.57.4904
    [13] 乔 辉, 廖 毅, 胡伟达, 邓 屹, 袁永刚, 张勤耀, 李向阳, 龚海梅. 碲镉汞焦平面光伏器件的实时γ辐照效应研究. 物理学报, 2008, 57(11): 7088-7093. doi: 10.7498/aps.57.7088
    [14] 尚淑珍, 邵建达, 范正修. 低损耗193 nm增透膜. 物理学报, 2008, 57(3): 1946-1950. doi: 10.7498/aps.57.1946
    [15] 许 婕, 陈理想, 郑国梁, 王红成, 佘卫龙. 双折射晶体中旋光效应的耦合波理论. 物理学报, 2007, 56(8): 4615-4621. doi: 10.7498/aps.56.4615
    [16] 吴丹丹. 高阶耦合光伏空间孤子. 物理学报, 2007, 56(6): 3272-3278. doi: 10.7498/aps.56.3272
    [17] 陈雷明, 郭艳峰, 郭 熹, 唐为华. 改性光刻胶制备纳米压印模版. 物理学报, 2006, 55(12): 6511-6514. doi: 10.7498/aps.55.6511
    [18] 黄杨程, 刘大福, 梁晋穗, 龚海梅. 短波碲镉汞光伏器件的低频噪声研究. 物理学报, 2005, 54(5): 2261-2266. doi: 10.7498/aps.54.2261
    [19] 许海军, 富笑男, 孙新瑞, 李新建. 硅纳米孔柱阵列的结构和光学特性研究. 物理学报, 2005, 54(5): 2352-2357. doi: 10.7498/aps.54.2352
    [20] 侯春风, 李师群, 李斌, 孙秀冬. 有外加电场的光伏光折变晶体中的非相干耦合亮-暗屏蔽光伏孤子对. 物理学报, 2001, 50(9): 1709-1712. doi: 10.7498/aps.50.1709
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-04-07
  • 修回日期:  2011-05-16
  • 刊出日期:  2012-03-15

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