硅基径向结薄膜太阳电池光吸收特性研究

摘要

本文从实验和理论计算两方面，通过引入一系列优化设计的材料，结合平面结构中的设计理念，包括掺杂的微晶氧化硅窗口层和径向的叠层设计，理论计算得出其潜在效率可以超过15%。从实验器件表征和理论模型计算两方面展示了采用μc-SiOx窗口层可以极大地增强电池对高能量光子的吸收。分析还表明通过优化不同层的薄膜设计，电池在长波段的光吸收方面还有很大的提升空间。基于对材料和结构特性的综合分析，设计了一个氢化非晶硅／纳米晶硅的p-i-n叠层电池结构，理论计算该结构能够得到l4.2mA/cm2的短路电流，并且能够将较为昂贵的纳米晶硅吸收层的厚度从平面叠层电池中1～3μm减小到径向结叠层电池结构中的120nm。这些结果为走向未来高性能硅基薄膜太阳电池的设计绘制了清晰的路线。