硅太阳能电池表面纳米线阵列的光学特性研究

为增强晶体硅太阳能电池的光利用率,提高光电转换效率,研究了硅纳米线（Silicon nanowires,SiNWs）阵列的光学特性。首先运用时域有限差分（Finite-Difference Time-Domain,FDTD）方法对硅纳米线阵列在300~1100nm波段的吸收率进行了模拟计算,并对硅纳米线阵列的光吸收效率进行了优化计算。结果表明,当硅纳米线阵列的周期为600nm,填充比为0.7时硅纳米线阵列的光吸收效率最大,可达32.93%。然后采用金属催化化学刻蚀（Metal Assisted Chemical Etching,MACE）的方法,于室温、室压条件下在单晶硅表面制备了不同结构的硅纳米线阵列,并测试了其反射率R,并对实验结果进行了分析,表明硅纳米线阵列相对于单晶硅薄膜,其减反射增强吸收的效果明显。因此,在硅表面制备这种具有特殊形貌的微结构不仅能降低太阳电池的制造成本,同时还能大幅降低晶体硅表面的光反射,增强光吸收,提高电池的光电转换效率。

晶体硅太阳电池表面纳米线阵列减反射特性研究

为增强晶体硅太阳电池的光利用率,提高光电转换效率,研究了硅纳米线阵列的光学散射性质.运用严格耦合波理论对硅纳米线阵列在310—1127nm波段的反射率进行了模拟计算,用田口方法对硅纳米线阵列的表面传输效率进行了优化.结果表明,当硅纳米线阵列的周期为50nm,占空比为0.6,高度约1000nm时减反射效果最佳;该结构在上述波段的平均反射率约为2%,且在较大入射角度范围保持不变.采用金属催化化学腐蚀法,于室温、室压条件下在单晶硅表面制备周期为60nm,占空比为0.53,高度为500nm的硅纳米线阵列结构,其反射率的实验测试结果与计算模拟值相符,在上述波段的平均反射率为4%—5%,相对于单晶硅35%左右的反射率,减反射效果明显.这种减反射微结构能够在降低太阳电池成本的同时有效减小单晶硅表面的光反射损失,提高光电转换效率.