长春工程学院理学院 ■ 徐毅岳巾英

晶体硅太阳电池的材料优化

长春工程学院理学院 ■ 徐毅*岳巾英

介绍了通过掺杂稀土离子实现太阳光波上下量子剪裁和采用微纳米结构硅基材料增强光电流密度的方法来增强有效光子；设计了具有量子增强效果的pin硅基结构，p层表面制作黑硅高吸光结构，i层制作为量子点结构；并简述了通过梯度掺杂制结扩大、增强内电场从而增强光伏效应的原因。

上下转换；纳米结构；梯度掺杂

0　引言

太阳电池是将太阳辐射能转换为电能的转换装置，而太阳辐射能可认为是亿万太阳光光子所集光子能量的总和，所以本质上太阳电池光电转换效率取决于太阳光光子能量转换效率。晶体硅太阳电池的光能转换机制是硅原子在吸收了能量大于禁带宽度(Eg=1.12 eV)的阳光光子后将产生电子-空穴对，即光生载流子，这些光生载流子在p-n结内建电场作用下被分离、收集形成光生伏特效应转变为电能。在这里，光生载流子的效率和内建电场分离电子-空穴、收集载流子的效率决定着晶体硅太阳电池的效率。

1　调制阳光频率增强有效光子

实验测得地球表面太阳电池所获得的太阳光波长范围为200～2500 nm，硅基太阳电池的光电响应波段为400～1100 nm，效率最佳波段为825～900 nm[1]。调制阳光频率的目的就是将1个波长在200～500 nm的高能光子下转换为2个或多个有效低能光子；将2个或多个波长大于1100 nm的无效低能光子上转换为1个有效光子。这样光生电子-空穴率将提高30%以上[2]。……