具有平面超薄膜结构的二维材料太阳能吸收器

单原子层二维材料是有潜力的太阳能光伏电池材料。研究基于二维材料的具有简单平面结构的太阳能吸收器的吸收率能否达到100%。提出二维材料/透明材料/金属基底结构,引入透明材料厚度和入射角度2个可调参数,因而能满足增强平面薄膜结构吸收率的2个维度的相位匹配条件。以MoS_2和石墨烯为例,研究表明一定存在一对透明材料厚度值和入射角度值,使结构吸收率达到100%。平面结构加工简单,利于推广二维材料在光伏转换中的应用。

基于有机半导体的宽波段薄膜太阳能吸收器

具有平面结构、纳米尺度的半导体薄膜是太阳能电池的重要组成部分。平面结构加工简单廉价,纳米尺度薄膜量子效率高,但这类结构光学吸收能力差。因此,本文研究如何采用简单平面结构,增强厚度只有几十纳米的半导体薄膜的宽波段吸收特性。研究发现当半导体材料折射率随波长正比例变化、吸收指数不随波长变化时,一定存在一对透明材料厚度和入射角度,使得半导体薄膜/透明材料/金属基底平面薄膜结构具有宽波段完全吸收特性。研究结果可作为宽波段太阳能吸收器的设计准则。以厚度只有35 nm的P3HT:PC_(70)BM薄膜为例,在420和600 nm波长处,设计吸收率均超过95%,从而显著拓宽高吸收率的波段范围,使光生电流比参考结构提高42%。