基于微腔陷光的超薄晶硅电池结构设计

基于电池前后表面电极构成的金属微腔和电池前表面微腔的双微腔结构设计,并借助微透镜控制入射光场性质,设计了一种可用于超薄晶硅电池的陷光结构.计算表明:这种陷光结构可有效提高不同厚度的超薄晶硅电池的吸光效率;电池有源层越薄,该陷光结构增强光吸收的效果越明显;在晶硅电池的有源层厚度为3mm时,电池效率达16.3193;.     

基于AAO纳米光栅的薄膜硅太阳能电池表面减反结构设计与仿真

提出了一种新型的表面带有阳极氧化铝(AAO)纳米光栅的薄膜硅太阳能电池表面减反结构.理论分析设计了AAO纳米光栅结构参数.用Tracepro光学软件研究了不同占空比和光栅常数对薄膜硅光吸收的影响,得到了最佳结构参数.在此基础上,运用FDTD软件进一步模拟了带有最佳AAO结构尺寸的太阳能电池吸收谱线.仿真结果表明在光栅常数为440 nm,光栅高度为75 nm,占空比为0.5结构尺寸下,AAO具有最强的加强光吸收的作用.     

采用超薄的GaAs光子晶体吸收层提高太阳能电池的吸收效率

本文提出了一种超薄的GaAs光子晶体吸收层结构.吸收层厚度只有0.2μm,太阳能电池的总厚度只有0.35μm.计算结果表明:当晶格常数T=0.46μm、上表面边长r=0.05μm、下表面边长R=0.1μm、高度为0.2μm时,吸收层的吸收效率较高.在300～700 nm波长范围内,该薄膜太阳能电池的吸收效率比吸收层不含光子晶体的电池提高了61.80;.所设计的薄膜电池结构在波长为300～700 nm、入射角为0°～70°范围内的吸收效率均在60;以上,满足太阳电池对宽频谱、广角度光吸收的要求.     

基于一维光子晶体陷光的超薄晶硅太阳电池研究

先利用有限差分频域法研究了增透膜、Ag底面反射镜对不同厚度超薄晶硅电池光吸收谱的影响,得到最佳的超薄晶硅电池厚度为10～20 μm的结论.然后,针对厚度为12 μm的超薄晶硅电池陷光结构进行了理论优化,得到了增强因子大于2.25的一维光子晶体上表面织构结构.最后,对该电池结构的光生电流密度和倾斜入射光的接收角进行了计算,结果表明:最优的陷光结构可使12 μm的超薄晶硅电池的最大光生电流密度达33 mA/cm2以上,且在入射角为-60°≤θ≤60°的范围内,该电池均能保持较大的光生电流密度.     

ZnO纳米结构减反射层特性优化及对太阳能电池性能的影响

利用电化学沉积法在铜铟镓硒薄膜太阳能电池表面沉积一层ZnO纳米结构阵列减反射层.通过对沉积电位的操控,实现了对该纳米结构减反射层形貌、光学质量、反射率等特性的优化.在电池表面蒸镀电极后测试电池的电流电压曲线可知,相比于没有减反层的电池,沉积了纳米结构减反射层的电池利用氧化锌纳米结构的亚波长尺寸形成的蛾眼效应有效降低了表面光反射,增加光吸收,从而实现短路电流增加6.2;,电池效率提高了9.9;.     

光学微腔型a-Si薄膜电池陷光结构设计

先基于频域有限差分法和a-Si材料的有效吸收波长范围,利用光场分布、通光效率和有源层吸收谱等优化了有源层厚度为300 nm的a-Si电池用光学微腔陷光结构的缓冲层厚度和光学微腔通光孔尺寸,并对电池光电流密度谱、总电流密度和电池输出参数进行了计算分析.研究表明:缓冲层厚度为2.6 μm,通光孔直径Φ=D×0.8/8时,电池有源层具有最大的吸收效率;优化电池的短路电流为25.9225 mA/cm2,优于其它陷光结构获得的短路电流.     

基于一维光子晶体陷光的超薄晶硅太阳电池光学结构优化

先选择增透膜、Ag底面反射镜和三角带型一维光子晶体结构作为超薄晶硅电池(有源层厚度为12μm)的陷光结构,然后利用有限差分频域法对这一陷光结构进行了优化,最后通过吸收光谱和光电流密度谱对优化的陷光结构性能进行了评估.计算表明:在300 nm≤A≤800 nm的波长范围内,优化陷光结构实现了Yablonovith陷光极限;在800 nm≤A≤1100 nm的波长范围内,该优化陷光结构的性能略低于Yablonovith陷光极限,但明显高于矩形条带式一维光子晶体陷光结构的陷光性能.     

电阻蒸发铝薄膜结构及其对非晶硅太阳电池性能的影响

本文首先采用电阻蒸发法制备了不同厚度的Al薄膜,并选择了两个典型厚度的Al薄膜制备工艺来制备非晶硅太阳电池的Al背电极,研究了Al背电极厚度对电池性能的影响.结果表明,Al背电极的厚度由800nm减薄到70nm时,电池的Voc平均值由0.826V增加到0.829V,电池的Jsc平均值由11.747mA/cm2减小到11.318 mA/cm2,电池的FF平均值由0.701增加到0.728,而电池效率的平均值略有增加,由6.803;增加到6.833;.用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)研究了玻璃衬底上蒸发的Al薄膜和非晶硅电池Al背电极表面形貌和微观结构的变化,分析了电池性能随Al背电极厚度变化的原因.     

GaSb薄膜生长的RHEED研究

采用分子束外延技术,在GaAs衬底上生长GaSb薄膜时,利用反射式高能电子衍射仪(RHEED)对衬底表面清洁状况、外延层厚度等进行在线监控.通过RHEED讨论低温缓冲层对GaSb薄膜表面结构和生长机制的作用,可以估算衬底温度,并能计算出薄膜的生长速率.实验测量GaSb的生长周期为1.96s,每秒沉积0.51单分子层.低温缓冲层提高了在GaAs衬底上外延GaSb薄膜的生长质量.     

数值模拟p/i界面对微晶硅薄膜太阳电池性能的影响

采用美国宾州大学开发的AMPS(Analysis of Microelectronic and Photonic Structures)软件模拟了p/i界面缺陷态密度(Npt/i)和非晶孵化层厚度(d)对pin型氢化微晶硅(μc-Si:H)薄膜太阳电池性能的影响.结果表明:随着Npt/i的增大,电池的开路电压Voc和填充因子FF单调减小,短路电流Jsc基本不变;随着d的增大,Jsc和FF单调减小,Voc反而增大;Npt/i和d值的增大均会导致电池光电转换效率η下降.通过对电池内部的电场及能带的分析,对上述模拟结果进行了解释.