提升太阳能吸收效率对于更加高效地利用太阳能起着非常重要的作用。在太阳能电池发电的全光谱波长范围内增强吸收,对于进一步提高薄膜太阳能电池的效率来说至关重要。而太阳能吸收装置的表面结构是影响太阳能吸收效率的主要因素。
S. John等人研究表明纳米结构可以使光吸收超过朗伯极限,因此微纳米复合结构引起人们的广泛关注,如硅纳米柱阵列结构、蛾眼结构等,目的都是为了寻找一种能够得到太阳能最优吸收效率的表面结构,从而实现太阳能的高效利用。
Lesley W Chan等人研究表明通过简单调整蛾眼特征间距,纵横比和形状,其表面可以具有宽带抗反射率,大视场和不同光谱应用范围。
Chih-Hung Sun等人开发了一种简单但可扩展的自下而上方法用于制造硅上的宽带蛾眼抗反射涂层。
Yu Zeng等人通过湿法蚀刻形成金字塔形硅基板,然后通过水热法在锥形微结构的表面上生长ZnO纳米棒,以形成蛾眼复合异质结构。该材料的复合异质结构决定了其优异的抗反射特性和从各个角度吸收光的能力。由于有效的异质结结合区域,复合微/纳米结构具有优异的光电转换性能。
硅纳米柱阵列也是一种常见的用于增强太阳能吸收的微纳米复合结构
Cansizoglu H等采用ICP干法刻蚀制备尺寸可控的硅纳米柱阵列,该结构可以实现在晶体硅薄层中的高效采光。另外,无序的纳米柱阵列(disordered array of nanopillars)结构优于通常用于实现有效光捕获的随机纹理基板。
Donie,等人开发了集成在薄膜太阳能电池后部反射器中的光散射硅纳米柱阵列,该结构可以显著地减少光吸收的损失。
Singh, P等人通过常规的KOH水性织构化和随后的Ag辅助湿化学蚀刻在Si(100)上制造大面积硅纳米线/微金字塔二元结构。分层织构的二元结构(SiNWs /μT-Si)表面在宽光谱范围内表现出优异的光捕获,反射率低至2-3%。
Chen等人通过在周期性图案化的微锥衬底上叠加Ag随机纳米纹理制成用于薄膜硅太阳能电池全频带吸收增强的准晶体光子结构。基于准晶体结构的氢化非晶硅锗(a-SiGe:H)太阳能电池的初始效率为10.4%,其优于平面(效率为7.5%)和随机纳米结构(效率为8.7%)的相对部分达38.7%和19.5%。
为了提高硅在紫外-远红外超宽谱带中吸收效率,将光子捕获微结构化孔阵列蚀刻到硅表面中。Gao等人发现硅纳米级孔洞可以在硅光电二极管中实现光俘获。