金属光栅和光子晶体背反射提升硅薄膜太阳电池光吸收的研究

陷光是改善太阳电池光吸收进而提高其效率的关键技术之一。利用时域有限差分(FDTD)数值模拟方法,系统地研究了以金属铝光栅、反蛋白石结构三维光子晶体(3D PC)以及光子晶体和金属光栅叠层分别作为硅薄膜太阳电池的背反射结构对电池光吸收的影响。 结果表明,金属光栅背反射主要增强太阳电池对红外波长范围的光吸收。当金属光栅的周期为700 nm、高度为100 nm和占空比为0.7时,太阳电池较金属铝背反射器参考电池对750~1200 nm波段的光平均吸收率增强了45.4%。 用于硅薄膜太阳电池背反射结构的反蛋白石结构3D PC, 其最佳结构参数是空气介质球半径为150 nm和层数为2。 相对金属铝背反射器, 这种3D PC背反射结构, 对硅薄膜太阳电池在750~1200 nm范围的光吸收平均增加了34.8%。叠层背反射结构太阳电池对300~1200 nm全波段具有最优的光吸收增强效果,相对金属铝背反射结构光吸收平均增加了32%,优于单独使用金属光栅或者光子晶体的效果。由于金属光栅和光子晶体良好的反射特性,透射光被反射回太阳电池吸收层进行二次或多次吸收,增强了硅薄膜太阳电池的吸收效率。