《大面積可控亞微米矽錐陣列黑矽太陽能電池基礎研究》是依託上海交通大學，由王艷芳擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：大面積可控亞微米矽錐陣列黑矽太陽能電池基礎研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王艷芳
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
黑矽材料在0.25～2.5微米的幾乎整個太陽光譜範圍內具有90%以上的光吸收率，在太陽能電池領域具有重要套用前景。然而，在基礎研究上，為實現高效的光電轉換，依賴於對結構參數的最佳化和精確控制，而目前黑矽加工技術面臨著結構不規則的瓶頸問題，導致無法對結構參數和光電轉換機制的關係進行定量地實驗研究；在套用研究上，則缺乏大面積、低成本的加工技術。本項目提出膠體微球二維陣列化和光電化學刻蝕相融合的圖形轉移技術，能加工三英寸以上大面積的高深寬比亞微米黑矽結構，對矽錐陣列結構參數的控制精度可提高到亞微米量級，從而能定量研究黑矽光電轉換機制中的尺度效應，並解決其複雜結構特徵中的多目標參數最佳化問題，有望突破Shockley-Queisser極限。基於該結構，本項目還提出研究亞微米矽錐光波導效應對光電轉換的影響機制這一科學問題，對研究低維結構中光子與原子的相互作用這一基本物理問題具有重要意義。
結題摘要
黑矽材料在0.25～2.5微米的幾乎整個太陽光譜範圍內具有90%以上的光吸收率，在太陽能電池領域具有重要的套用前景。然而，在基礎研究上，為實現高效的光電轉換，依賴於對結構參數的最佳化和精確控制，黑矽加工的結構不規則，導致無法對結構參數和光電轉換機制的關係進行定量的實驗研究；在套用研究上，則缺乏大面積、低成本的加工技術。本項目利用膠體微球二維陣列化和光電化學刻蝕相融合的圖形轉移技術，能加工三英寸以上大面積的黑矽結構，實現了黑矽材料特徵尺寸和陣列規則性在亞微米量級精度的控制，初步探索了黑矽材料減反和廣譜吸收機制中尺度效應的可量化規律，解決了黑矽材料複雜結構中的多目標參數最佳化問題，建立了亞微米量級特徵尺度高度規則的黑矽太陽能電池光電轉效率的理論模型，製造實現了基於亞微米矽錐結構的黑矽太陽能電池器件原型，實現了項目研究目標，為突破實現高效矽基太陽能電池的低成本、大面積製造，實現一種新型的高度規則的黑矽結構太陽能電池及其加工技術奠定了基礎。進一步的，本項目研究探索了亞微米量級光波導陣列結構的光電轉換效率增強機制，進而對研究低維結構中光子與原子的相互作用這一基本物理問題具有重要意義。
