具有1DPC反射層的微晶硅疊層太陽電池的吸收率優(yōu)化研究.pdf

1、使用最薄的材料，最高效地吸收盡可能廣范圍波長(zhǎng)的入射太陽光是可實(shí)際應(yīng)用的硅基太陽電池的設(shè)計(jì)的一個(gè)基礎(chǔ)問題。而由非晶硅（頂電池）和微晶硅（底電池）疊加構(gòu)成的微晶硅疊層太陽電池是最具可行性的新型硅基薄膜電池之一。
　　對(duì)于多結(jié)太陽電池來說，其短路電流（Jsc）由提供最小短路電流的子電池決定。由于當(dāng)太陽光通過微晶硅疊層電池頂電池時(shí)，一部分光被頂電池吸收，剩余的光會(huì)通過底電池而最終被吸收。作為頂電池的非晶硅電池存在光致衰退效應(yīng)，這就造成只能

2、使用較薄的非晶硅作為頂電池，但這樣的非晶硅厚度無法滿足吸收長(zhǎng)度的要求，雙結(jié)電池的Jsc的限制通常來自于頂電池。而對(duì)于底電池，大于900nm的長(zhǎng)波段光只有很少部分被底電池吸收。因此實(shí)現(xiàn)最佳的短路電流（Jsc）匹配是微晶硅疊層太陽電池領(lǐng)域的一大挑戰(zhàn)。
　　緩解這一問題的方法是陷光，利用一維光子晶體（1D Photonic crystal，1DPC）反射鏡增強(qiáng)和增加長(zhǎng)波長(zhǎng)光子衍射和光學(xué)傳播路徑長(zhǎng)度。我們?cè)O(shè)計(jì)整合了1DPC作為微晶硅疊層電

3、池的中間反射鏡及背反射鏡，以此來研究光吸收增強(qiáng)效果。
　　研究表明：通過對(duì)1DPC作為中間層和背反射層的適當(dāng)設(shè)計(jì)，頂電池和底電池的吸收效率均得到了提高，1DPC中間層的吸收效率增強(qiáng)效果高于ZnO（氧化鋅）中間層。
　　簡(jiǎn)言之，本文致力于利用光學(xué)模擬計(jì)算（4.3b版COMSOL Multiphysics軟件）得到提高微晶硅疊層太陽電池的光吸收效率的有效途徑。通過改變頂電池與底電池吸收層的厚度，我們對(duì)吸收率、反射率及透過率進(jìn)行了

4、分析。以1DPC分別作為背反射層，并以ZnO（氧化鋅）和1DPC分別作為中間反射層，與普通疊層電池進(jìn)行了對(duì)比分析。最終，我們得到1DPC對(duì)提高光吸收效率的貢獻(xiàn)明顯優(yōu)于ZnO。
　　通過建立SiO/TiO2/a-Si/ZnO/uc-Si/1DPC疊層電池結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，與普通的a-Si/uc-Si疊層太陽電池對(duì)比，在優(yōu)化后的電池中，光吸收效率：a-Si層的提高了26.59％，uc-Si層提高了3.89%。更進(jìn)一步，我們建議使用三維光子