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采用多孔MgF2实现亚微米厚CIGS太阳能电池多层宽带减反射膜的光学优化

DOI：10.1016/j.solener.2018.11.015 期刊：Solar Energy 出版年份：2019 更新时间：2025-09-10 09:29:36
摘要： 通过光管理技术可降低铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池中亚微米吸收层的光学损耗。采用三维光学建模优化了750纳米厚参考电池的光耦合与内部后反射。前表面使用有效介质近似（EMA）方法描述氟化镁基减反射膜（ARC）的光学特性，以反射率为成本函数、序列非线性规划为优化算法，确定了最优的多孔-致密双层ARC结构，使该电池较无ARC参考电池的光电流密度（Jph）提升6.8%。针对日照方向随昼夜季节变化的情况，研究了不同入射角下的性能，结果表明本设计双层ARC优于标准致密单层氟化镁ARC。通过EMA方法可将计算内存需求降低30倍，将模拟时间从四天缩短至一小时。后表面采用点接触式氟化镁/氧化铝反射器配合前ARC，在相同参考电池条件下使Jph再提升11.3%。相较于未采用光管理的更厚电池（1600纳米吸收层），前后光学方案完全补偿了薄吸收层带来的光学损耗。该设计适合工业化应用且易于实现。此外，采用EMA进行双层ARC优化的方法具有创新性，其适用范围不仅限于黄铜矿光伏技术。
作者： N. Rezaeia，O. Isabellaa，Z. Vroonb，M. Zemana
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究采用多孔MgF2材料为亚微米厚CIGS太阳能电池设计多层宽带减反射涂层的光学优化方案，以降低光学损耗并提升光电流密度。

研究成果

该研究成功为吸收层厚度为750纳米的铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池优化了一种基于氟化镁（MgF2）的多孔-致密双层减反射涂层。所提出的减反射结构（ARC）能有效将宽波长范围内的反射率降至5%以下，使隐含光电流密度提升6.77%。双层减反射结构与点接触式双层介质间隔层的组合改善了太阳能电池的长波段性能，使光生电流密度（Jph）提高了11.3%。

研究不足

该模型适用于无封装层的实验室规模CIGS太阳能电池。若采用封装处理，则需进一步优化。多孔MgF2基薄膜的制备工艺需要高温条件，这可能会降解标准CIGS太阳能电池结构中的CdS缓冲层。

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