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薄膜硅太阳能电池因为用量少成本低,应用非常广泛,但同时也面临着效率较低的难题。目前已见报道的硅薄膜太阳电池的最高效率约为15%,远低于体硅太阳电池的25%。原因在于,随着入射光波长的增加,相应的吸收系数迅速下降,吸收该波长光子所需的吸收长度大大增加,而薄膜电池厚度小,使得光子在电池中通过的路径大大缩短,相当一部分入射太阳光子在被吸收和转化为电子前即由电池直接逸出,而没有被充分利用,从而引出对这部分光利用方法的研究。
提高光吸收对于薄膜硅太阳能电池一直是一个重要的课题,因为吸收系数的极限接近于红外光。在本文中,设计了一种新型的薄膜硅太阳能电池结构,P层,I层,N层的厚度分别是20nm,1000nm,20nm。引入了AAO作为纳米结构光栅,并且理论分析了这种结构的薄膜硅太阳能电池的最优AAO结构参数,即AAO厚度是78.6nm,孔半径为157.2nm,占空比为0.5。
本文以基于FDTD的CST模拟仿真了带有AAO光栅的薄膜硅太阳能电池对光吸收效率的影响,对比分析了不同参数的AAO纳米结构光栅对光吸收的影响,得出了AAO作为薄膜硅的纳米光栅的最佳参数。