仿生超均匀纳米孔纹路用于钙钛矿太阳能电池宽带吸收增强
应用物理
2026-04-28 v2 计算物理
光学
摘要
仿生超均匀无规则结构为超薄钙钛矿太阳能电池提供了广义光捕获途径，避免了周期性纳米光子纹路常见的窄带、受照射强度敏感的响应。本文我们引入一种仿生巧妙的超均匀纳米孔结构集成到平面 MAPbI 钙钛矿太阳能电池的前玻璃中，作为一种保持界面电子活性的策略来增强光学吸收和光电性能。与平面结构和周期纹路相比，超均匀结构将入射光重新分布到更广泛的横向动量态范围，强化近界面电磁场，改善长波长对吸收器的耦合，从而在不改变电子活性界面的情况下增加有效光学路径长度。为量化这些效应，我们采用耦合的三维多物理场框架，将有限差分时域（FDTD）光学仿真与漂移扩散电模型相耦合。优化后的设计表现出宽带吸收增强、较弱的偏振依赖性和强鲁棒性，同时抑制了干涉驱动的谱振荡，降低了对纹理层厚度的敏感性。相对于平面结构，超均匀结构将短路电流密度从 21.57 mAcm 提升至 23.92 mAcm，能源转换效率从 21.03% 提升至 23.62%，同时维持 V 在 1.13 V，保持填充因子达 87.66%。除了统计上的 pattern-invariant 性能外，随机半径变化分析表明在制造相关的尺寸无序情况下，光电流也呈现正向增强。
引用
@article{arxiv.2604.11264,
title = {Nature-Inspired Hyperuniform Nanohole Patterning for Robust Broadband Absorption Enhancement in Perovskite Solar Cells},
author = {Arpan Sur and Kawshik Nath and Ahmed Zubair},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.11264},
year = {2026}
}