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采用沙漏形硅纳米线增强光捕获路径的太阳能电池

DOI：10.1109/JPHOTOV.2020.2964329 期刊：IEEE Journal of Photovoltaics 出版年份：2020 更新时间：2025-09-16 10:30:52
摘要： 硅纳米线（SiNWs）是具有优异光伏特性的有前途结构，可用于低成本、高效率太阳能电池，并有望突破块体硅太阳能电池的极限。目前仍需在不增加表面积的情况下增强硅纳米线的光吸收能力。本文提出一种新型沙漏形硅纳米线（HG-SiNW）设计，可显著延长光捕获路径。电学与光学测试表明HG-SiNW作为减反射层的优越性。此外，光学模拟发现的回音壁模式解释了宽带太阳光谱下吸收率大幅提升的原因。仅通过简单改变直径，HG-SiNW太阳能电池就实现了短路电流（JSC）提升和1.85倍效率增益。
作者： Myunghae Seo，Sol Yoon，Hyeonsu Cho，Seungho Lee，Kihyun Kim，Byoung Don Kong，Meyya Meyyappan，Chang-Ki Baek
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

通过引入一种新型设计——沙漏形硅纳米线（HG-SiNW），在不增加表面积的情况下增强硅纳米线（SiNWs）的光吸收，从而显著延长光捕获路径。

研究成果

HG-SiNW太阳能电池通过显著延长光捕获路径的新结构提升了光吸收效率。与采用相同工艺制备的圆柱形SiNW相比，该电池的短路电流密度（JSC）更高，且转换效率达到1.85倍。这种HG-SiNW结构兼具优异减反射层功能，使整个太阳光谱范围内的外量子效率（EQE）保持高位。光学模拟结果证实了沙漏形电池在宽带波长范围内呈现的高量子效率现象。该结构在1000纳米波长处形成的回音壁模式（WGM）会激发大量电子-空穴对（EHPs），这解释了EQE测量中观测到的奇异峰值现象。

研究不足

与文献中其他硅纳米线阵列太阳能电池相比，这些器件效率相对较低，原因在于未经处理的表面缺陷和低效的前电极。侧壁蚀刻导致的表面缺陷使发射极产生高表面复合，降低了并联电阻，从而减小了填充因子。未覆盖整个有源区域且无指状栅格的前缘电极导致发射极高电阻，阻碍了激发电荷的有效收集，这也降低了填充因子。

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