《矽基徑向核殼納米線太陽電池的物理與器件研究》是依託上海交通大學，由沈文忠擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：矽基徑向核殼納米線太陽電池的物理與器件研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：沈文忠
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
新概念太陽電池物理性質與器件套用的探索研究是當代凝聚態物理學科前沿。本項目提出進行徑向單晶矽/非晶矽、單晶矽/納米矽核殼納米線陣列太陽電池物理與器件創新基礎研究，主要藉助於矽基核殼結構與徑向p-n結納米線太陽電池概念在光子吸收和光生載流子收集方面的互補優勢。通過建立矽基徑向核殼納米線太陽電池光電理論模型，透徹了解表面複合、缺陷、摻雜、各層厚度、線直徑、長度和密度等對光吸收及載流子輸運的影響；在實現矽基核殼納米線陣列結構可控生長和能帶調控基礎上，開展矽基核殼納米線結構中有效表面修飾探索研究，減小表面複合損失；設計、製備出矽基徑向核殼納米線太陽電池原型器件結構，解決其中最優光陷阱效應和最佳光生載流子收集路徑等核心問題；為新概念矽基徑向核殼納米線太陽電池的未來套用作貯備，推動半導體光伏科學與技術的發展。
結題摘要
新概念太陽電池原理與器件套用探索研究是當代凝聚態物理學科前沿。本項目藉助矽納米線結構及其徑向p-n結核殼太陽電池概念在光子吸收和光生載流子收集方面的互補優勢，詳細研究了矽納米線結構在新型矽納米結構太陽電池上的套用。透徹了解單根矽芯—非晶矽殼共軸納米線吸收性質及光伏器件物理，基於Lorenz-Mie光散射理論，成功地用漏膜共振概念解釋了產生共振吸收的原因，結合漂移擴散輸運模型建立了Si/a-Si/SiO2同軸納米線光伏器件物理模型。利用改進的金屬輔助化學刻蝕方法（MACE），成功實現表面光滑矽納米線陣列的可控生長及有效陷光與減反效應，採用電漿化學氣相沉積方法（PECVD），合理控制電漿密度及成膜細微過程，成功實現有序均勻納米矽薄膜的可控生長。深入開展了矽納米線結構中有效表面修飾介質鈍化研究，設計、實現一種在大面積矽納微米結構上同時具有優異光學和電學性能的有效方法，通過載流子複合通道抑制實現高效納米結構太陽電池，成功實現轉換效率達20%的優異寬光譜回響矽納微米結構太陽電池。項目還進一步探索了突破傳統平面電池效率極限的單根豎直納米線太陽電池，證明其不僅可以通過光學天線效應突破平面電池的Shockley-Queisser開路電壓極限，還可以通過其內部的光場分布特性避開平面電池摻雜層複合對短路電流的降低。四年來在矽納米線徑向p-n結核殼太陽電池器件物理、矽納米線陣列及納米矽薄膜可控生長、器件陷光效應和光生載流子收集最佳化、以及高效矽納米結構太陽電池實現等四個方面取得一系列研究成果。
