非同轴的核壳结构单纳米线太阳电池陷光研究

摘要

单纳米线太阳能电池,由于天线效应和光生载流子可以高效地分离,吸引了大量的关注.然而,对于这种新出现的光伏器件,光学和电学的性能距离期望值还很远,所以研究者们渴望找到更多的可以在太阳光宽谱上,大幅度有效提高光学、电学响应的陷光方法.传统上,通过在硅纳米线上包裹一层电介质材料,可以有效提高光电转换性能.在这项研究中,首次发现了纳米线的聚光作用,通过引入非同轴的电介质包层,使光伏材料正好处于电介质包层的焦点上,来提高器件的陷光能力.通过使纳米线中心的硅材料远离包层的中心(硅材料和包层焦点匹配),可以使电池在几乎全部的太阳光谱上,大角度地实现光学吸收的提高而对硅电池的载流子收集能力没有影响.光电仿真实验证明在单根的硅纳米线电池中,光生电流密度和光电转换效率相比于传统的同轴包层设计提高了～40％;相对于没有包层的设计提高了一倍.如果引入了金属背反射镜,这样的非对称设计可以使电池的性能得到更大地提高.