光伏器件光電模仿領域的“深耕細作”

【中玻網(wǎng)】近年來，新技術、新結(jié)構(gòu)和新材料體系的大量引入，光伏器件呈現(xiàn)愈加復雜的多學科結(jié)合特征，給掌握其核心原理、有效設計和控制器件工作過程帶來挑戰(zhàn)。
　　
　　然而，長久以來，光伏器件的設計限于純光學預測或稍進一步的低維載流子動力學層面。這對于未來主流的具備三維強空間特征的微納光伏器件而言，顯然難以準確反映器件實際工作情況。
　　
　　蘇州大學光電信息科學與工程學院李孝峰教授近年來專注于微納光伏技術的研究，取得了豐碩的成果，尤其在光伏器件高精度光電模仿方面形成特色。他于2011年率先報道基于頻域和三維空間的表面等離子太陽電池光電模仿模型。該模型引入光學、半導體材料和電動力學等機制，通過在頻域和三維空間中開展電磁學和載流子輸運/復合耦合運算，彌補了此類器件僅有于光學和低維電學處理的缺點，大幅提高了模仿對實驗的指導作用。除獲得一體的光電性能宏觀指標外，該工作還可深入到器件頻域和三維空間內(nèi)部，獲得詳細的光學電學微觀參量信息，為深入解讀器件工作過程、探索基本科學原理、有針對的進行器件控制和優(yōu)化設計提供指導信息。
　　
　　在單納米線光電轉(zhuǎn)換器件方面，李孝峰課題組成功實現(xiàn)了單納米線太陽電池的二維和三維光電設計，提出多種可實現(xiàn)硅基、砷化鎵異質(zhì)結(jié)以及復雜微納結(jié)構(gòu)單納米線太陽電池的光電性能優(yōu)化設計方案。對于納米結(jié)構(gòu)太陽電池而言，載流子復合電流過大是制約器件性能的重要因素。該機制屬于電學范疇，需要高精度的三維電學模仿才能獲得準確的信息。李孝峰帶領團隊博士生對納米線和納米孔陣列太陽電池的量子效率譜和載流子復合電流做了深入研究，量化了不同半導體摻雜和器件結(jié)構(gòu)下載流子復合引起的光電流損失，為此類納米結(jié)構(gòu)太陽電池的設計制造提供了詳細信息。此外，為提升太陽電池的光收集能力，他們提出一系列先進微納陷光結(jié)構(gòu)設計，幫助提升薄膜光伏器件的光吸收和光電轉(zhuǎn)換性能。
　　
　　近期，該課題組在其光電模仿模型的基礎上，引入太陽電池的熱動力學機制，從而實現(xiàn)光、電、熱三個層面的器件模擬。目前，該工作已獲階段性進展。由于太陽電池是典型的光電熱器件，能夠一體反映器件光電熱響應的先進模仿技術對于光伏器件的研究和開發(fā)意義重大。目前，高維空間下光伏器件的嚴格光電熱復合模仿技術是一項挑戰(zhàn)，國內(nèi)外研究同行以及光伏產(chǎn)業(yè)界對此需求迫切。李孝峰課題組在該領域積累多年，未來將不斷深入相關研究，為我國光伏領域的基礎研究、器件設計和產(chǎn)業(yè)發(fā)展貢獻力量。