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基于双面混合双金属纳米光栅的薄膜非晶硅太阳能电池高效宽带光吸收

DOI：10.1039/C9RA10232A 期刊：RSC Advances 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要： 薄膜太阳能电池（TFSCs）因厚度较小导致光吸收能力差，这限制了其大部分实际应用。等离子体纳米颗粒产生的表面等离激元为以低成本、可扩展的方式对TFSCs进行光学调控提供了机遇。在此，我们开展了一项系统模拟研究，通过引入双面等离子体双金属（铝-铜）纳米光栅来提高非晶硅（a-Si）的吸收效率。上排光栅与减反射涂层共同作用，以最小化反射损耗并增强有源层对低波长可见光谱的吸收。下排光栅则负责增加有源层对长波长光子的吸收。通过这种方式，原本在长波长区域吸光能力差的a-Si如今能够吸收670 - 1060 nm的宽带光，平均模拟吸收率超过70%，模拟光电流密度也分别提高到22.30 mA·cm?2。此外，模拟结果表明，所提出的结构还展现出许多其他优异特性，如小入射角不敏感性、可调谐性以及显著的结构参数耐受性。这种设计理念具有很强的通用性，可推广到其他薄膜太阳能电池中。
作者： Fazal E. Subhan，Sultan Daud Khan，Aimal Daud Khan，Rehan Ullah，Muhammad Imran，Fazal E. Hilal，Adnan Daud Khan，Muhammad Noman
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

通过引入双面等离子体双金属（铝-铜）纳米光栅以提高非晶硅（a-Si）薄膜太阳能电池的宽带光吸收效率。

研究成果

所提出的双面混合双金属铝-铜纳米光栅结构显著增强了薄膜非晶硅太阳能电池的宽带光吸收，在670-1060纳米波长范围内实现了超过70%的平均吸收率，并将光电流密度提升至22.30毫安/平方厘米。该结构还展现出入射角不敏感和结构参数容差优良等特性，使其能灵活应用于其他薄膜太阳能电池。

研究不足

该研究基于模拟实验，未解决双面纳米光栅对准和材料兼容性等实际制造难题，也未评估其在包括环境因素变化在内的真实条件下的性能表现。

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