研究证明在太阳能电池表面使用纳米级纹理可以提高电池转换效率

在模拟和实验中，研究人员证明，在过氧化物/硅串联太阳能电池的材料表面引入微小的纳米级纹理，可以通过减少因反射而损失的光能而大幅提高效率。一种新的纳米纹理设计可以达到29%以上的功率转换效率潜力，模拟表明，通过更好的制造技术和额外的纹理可以进一步提高。

来自柏林亥姆霍兹中心（HZB）的PhilippTockhorn将在7月26-30日举行的虚拟OSA高级光子学大会上介绍这项工作。Tockhorn的演讲定于7月29日进行。

托克霍恩说："我们提出的纳米绒毛过氧化物/硅串联太阳能电池与这一高度动态领域中提出的最佳电池相媲美。我们的发现可能有助于进一步开发高效的过氧化物/硅串联太阳能电池，并有可能进一步降低太阳能发电的成本。"

过氧化物是具有与天然存在的矿物过氧化物类似的晶体结构的材料。这些半导体材料能非常有效地将太阳光转化为能量，并且一直是开发下一代太阳能技术的一个重点。今天的太阳能电池板主要由硅制成。

在这项新工作中，Tockhorn、JohannesSutter和HZB的Becker教授和Albrecht教授小组的同事研究了在不同界面上引入纳米纹理如何影响由硅太阳能电池上的过氧化物太阳能电池制成的串联太阳能电池的性能。他们首先使用计算机模拟计算了过氧化物和硅子电池中的电流（光电流密度），当过氧化物层是完全平坦的，只在其与硅层相接的底部有纳米纹理（凹凸），或在顶部和底部都有凹凸。模拟的凸起约为300纳米高，间隔750纳米。虽然在模拟中，单面的纳米纹理设计只显示出比平面设计有轻微的性能改进，但根据计算，完全纹理的结构可以吸收更多的光，使每个子电池的光电流密度增加0.7mA/cm2。

为了进一步探索纳米纹理如何影响太阳能电池的性能，研究人员随后制造了不同的过氧化物/硅串联太阳能电池设计：一个是完全平坦的过氧化物层，一个是顶部平坦、底部与硅太阳能电池界面有凹凸的过氧化物层。他们确定，单面的纳米纹理已经使硅吸收层中吸收的光和产生的电流增加了0.2-0.3mA/cm²。

值得注意的是，纳米纹理不仅改善了光的吸收，而且与平面参照物相比，结合更好的薄膜加工条件，导致串联太阳能电池的电子质量略有增强。

据HZB的研究人员说，这些发现为进一步的改进提出了一条有希望的途径。根据他们的模拟结果，研究人员预测，过氧化物层在顶部和底部都有纳米纹理的太阳能电池可能会进一步提高性能，达到超过30%的功率转换效率。

Tockhorn说："这种双面纹理方法的进一步发展是现有的和可行的，但将需要改进制造工艺，在过氧化物层的顶面增加纳米纹理。"