纹理化硅太阳能电池中光捕获的可视化

摘要： 随机金字塔是商用单晶硅太阳能电池中最广泛使用的纹理结构，用于捕获近带隙能量的弱吸收光子。在模拟随机金字塔的光捕获性能方面已有稳步进展，包括将假设的金字塔底角从54.7°（理想随机金字塔）调整为与实测平均角度相符的更小数值。然而，现有模拟尚未考虑基底角分布（真实随机金字塔）的影响——而所有实际纹理化硅片都存在这种分布。本研究通过原子力显微镜测量获取纹理硅片表面的精确三维形貌图，并进行光线追迹，以此对比真实随机金字塔、理想随机金字塔和朗伯散射体的光捕获能力。计算显示：当光线在前后面之间多次反射时，每个反射周期内硅片内部光线的角分布函数（ADF）表明，正是由于基底角分布特性，真实随机金字塔的光捕获性能优于理想随机金字塔。特别值得注意的是，含有真实随机金字塔的硅片内部ADF仅需两次反射（即非吸收光重新到达前表面时）就演变为朗伯分布。此外，在窄入射角范围内，光线的总路径长度增强效应接近60倍——超过朗伯表面硅片的表现，但在斜入射角时仍略逊于朗伯参考值。