集成数值优化二维光子晶体的微米级薄晶体硅太阳能电池

在数值优化最大化活性材料光吸收之后，实验上将二维光子晶体集成到了厚度为 1-{\mu}m 的薄膜晶体硅太阳能电池中。光子晶体提高了电池的短路电流，但也损害了其开路电压和填充因子，导致整体性能下降。通过对比电池的建模与实际光学行为，以及理想与实际形貌，表明该纳米结构对实验偏差具有全局鲁棒性，但对顶部涂层的共形性和图案尺寸的分散性特别敏感，这在光学模型中不应被忽视。至于电学行为，测得的内部量子效率显示了来自透明导电氧化物和背反射器的强烈寄生吸收，以及纳米图案对表面钝化的负面影响。因此，我们的示例案例说明并实验证实了未来为光捕获目的集成表面纳米结构的两项建议：1) 有必要针对单一活性材料而非整个堆栈优化吸收；2) 有必要避免图案刻蚀对活性材料造成损伤。