双层光栅优化非晶硅薄膜太阳电池吸收与性能提升

本文研究了一种创新的非晶硅薄膜太阳能电池结构，其核心是采用双层光栅减反膜设计。这种结构通过结合阵列菲涅耳波带片（非周期性光栅）的硅薄膜和亚波长、无规则的氧化铟锡（ITO）光栅阵列，显著改善了光的利用效率。硅薄膜被巧妙地刻蚀，使得入射光线能够在非晶硅层内聚焦，从而减少了光的反射，并促进了更宽光谱范围内的透射，提高了光能转化为电能的转化率。 作者运用时域有限差分（FDTD）方法对这一设计进行了详尽的数值模拟，对比了双光栅结构与传统无光栅非晶硅薄膜太阳电池的性能。结果显示，这种新型结构能够显著提升光的吸收率，从传统的约60.8%提升到99.2%，这意味着更多的光能被转化为电能，从而增加了短路光电流密度，提升了约19.9%。这一性能改进超越了文献中已报道的周期性双光栅减反膜结构的太阳电池。 此外，这种设计还有助于节省硅材料，因为它允许光更有效地穿透和被吸收，减少了不必要的材料浪费。整体来看，这项工作为提高非晶硅薄膜太阳电池的效率和经济性提供了新的思路和潜在的技术优势，对于推动太阳能技术的发展具有重要意义。 关键词：光栅、太阳电池、减反膜、时域有限差分。该研究不仅具有理论价值，也为实际应用中的太阳能电池设计提供了实用的优化策略，为太阳能产业的进步打开了新的可能。