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非晶硅太阳电池宽光谱陷光结构的优化设计
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:Acta Physica Sinica
  • 时间:2013.12
  • 页码:-
  • 分类:TM914.4[电气工程—电力电子与电力传动]
  • 作者机构:[1]郑州大学物理工程学院,材料物理教育部重点实验室,郑州450052
  • 相关基金:国家重点基础研究发展计划(批准号:2011CB201606); 国家自然科学基金(批准号:11204276,51007082)资助的课题~~
  • 相关项目:等离激元硅薄膜太阳电池宽光谱陷光特性研究
中文摘要:

陷光是改善薄膜太阳电池光吸收进而提高其效率的关键技术之一.以非晶硅(α-Si)薄膜太阳电池为例,设计了一种新的复合陷光结构:在Ag背电极与硅薄膜之间制备一维Ag纳米光栅,并通过保形生长在电池前表面沉积织构的减反膜.采用有限元数值模拟方法,研究了该复合陷光结构对电池光吸收的影响,并对Ag纳米光栅的结构参数进行了优化.模拟结果表明:该复合陷光结构可在宽光谱范围内较大地提高太阳电池的光吸收;当Ag纳米光栅的周期P为600 nm,高度H为90 nm,宽度W为180 nm时,在AM1.5光谱垂直入射条件下α-Si薄膜电池在300—800 nm波长范围内总的光吸收较无陷光结构的参考电池提高达103%,其中在650—750 nm长波范围内的光子吸收率提高达300%以上.结合电场强度分布,对电池在各个波段光吸收提高的物理机制进行了分析.另外,该复合陷光结构的引入,还较大地改善了非晶硅电池对太阳光入射角度的敏感性.

英文摘要:

Light trapping is one of the key issues to improve the light absorption and increase the efficiency of thin film solar cell. In this paper, a novel combined light trapping structure consisting of back one-dimensional(1D) Ag nano-grating and front conformal antireflective coating is proposed for amorphous silicon(α-Si) thin film solar cell. By a numerical simulation based on the finite element method, the effect of the combination on the light absorption of α-Si solar cell is investigated, and the Ag nano-grating parameters are optimized. The results show that the combined light trapping structure can enhance broadband absorption in thin-film solar cell. For the α-Si solar cell with the combined structure at P = 600 nm, H = 90 nm, and W = 180 nm, the integrated absorption is enhanced by 103% under AM1.5 illumination at normal incidence in a wavelength range of 300–800 nm, and the photon absorption rate is increased by 300% in a long-wavelength range of 650–750 nm compared with the reference cell. We discuss the physical mechanism of absorption enhancement in different wavelength ranges from the electrical field amplitude distributions in the solar cells. In addition, the solar cell with the combined structure is much less sensitive to the angle of incident light.

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876