空芯光纤硅太阳能电池制备及光捕获研究

郭洪¹，王琳¹，王旭¹，杨平雄¹，敬承斌^1,2，褚君浩^1,3

1. 极化材料与器件教育部重点实验室(华东师范大学信息科学技术学院)2. 华东师范大学物理与材料科学学院材料系功能材料研究所3. 红外物理国家重点实验室(中国科学院上海技术物理研究所)

摘 要：本文提出一种空芯光纤结构硅基太阳能电池,并探讨其制备方法和光捕获性能.依据平面电池受光原理和空芯波导的限光机制提出了空芯光纤硅基太阳能电池结构,采用卷曲柔性平面非晶硅薄膜电池制备出圆筒形空芯光纤硅电池.通过对比研究入射光量一定的条件下平面电池和空芯光纤电池的光生电流和电压值,评估空芯光纤电池的光捕获效果.通过测量不同光入射角度和光照强度下空芯光纤电池的光生电流和电压值,揭示光入射角度和光照强度对空芯光纤电池光捕获性能的影响关系.研究表明,空芯光纤硅基电池能将入射光线限制在波导结构内反复吸收和反射,从而在光捕获性能方面较平面电池有所提升(~19.8%).光线入射角度对空芯光纤电池的光捕获性能有较大影响,在30°~50°入射时可以获得较大的光生电压和电流值.在0~100 000 lux的光照强度范围内,光生电压先随光照度增加而增大,而后逐渐趋于恒定值.通过卷曲柔性平面硅电池获得光捕获效率较高的空芯光纤硅电池是可行的,采用结构简单、光线单次入射吸收较低的单节薄膜电池制备空芯光纤电池有望获得更好的光捕获效率提升效果.

关键词：太阳能;不锈钢空芯光纤电池;硅电池;光捕获性能;