[实用新型]一种光伏纳米柱结构及基于该结构的太阳能电池

说明书

本实用新型公开了一种光伏纳米柱结构及基于该结构的太阳能电池，其中，该纳米柱结构为直径沿竖直方向呈周期性变化的不规则柱体，所述不规则柱体沿中心轴对称，水平方向的横截面始终保持为圆形，所述不规则柱体的最大直径与最小直径的差值为80nm～120nm。本实用新型光吸收能力更强，光转换效率更高。

技术领域

本实用新型涉及太阳能电池，尤其涉及一种光伏纳米柱结构及基于该结构的太阳能电池。

背景技术

21世纪人类面临的最大挑战之一是从基于化石燃料的能源系统向基于可持续和可再生资源的能源系统过渡，可以直接将太阳光转化为电能的太阳能电池在其中起到了很重要的作用，光伏技术也得到了较快的的发展与广泛的应用。

人们都在为了制造高效率、低成本的太阳能电池不断寻找新方法、新技术，近年来纳米结构的材料应用于太阳能电池引起了学者的关注。过去的十年中，纳米柱太阳能电池得以迅速发展。太阳能电池的光电转化效率也获得大幅提升，从5％增加到了15％以上。在纳米材料不断发展的过程中，光伏器件的纳米柱结构也得到了很快的发展。可以用更少的材料、更低的成本来制备光能转化效率更高的光伏器件。且纳米柱结构所具有的特性也使太阳能电池具有更强的光学吸收，产生高的光电转换效率。进一步优化纳米柱结构，改进材料对增强光学吸收、提高光能转化效率有重要意义。在纳米柱结构中，纳米柱的直径对其光学模式影响最大。现有的简单圆柱形纳米柱结构的光学共振仅发生在特定的共振波长处，光学吸收仅在特定区域才会增强。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型针对现有技术存在的问题，提供一种光伏纳米柱结构及基于该结构的太阳能电池，本实用新型的纳米柱和电池光学吸收效果更好，光能转化效率更高。

技术方案：本实用新型提供了一种光伏纳米柱结构，该纳米柱结构为直径沿竖直方向呈周期性变化的不规则柱体，所述不规则柱体沿中心轴对称，水平方向的横截面始终保持为圆形，所述不规则柱体的最大直径与最小直径的差值为80nm～120nm。

本实用新型还提供了另外一种该纳米柱结构，其顶端为圆柱体，圆柱体下方为直径沿竖直方向呈周期性变化的不规则柱体，所述不规则柱体沿中心轴对称，水平方向的横截面始终保持为圆形，所述不规则柱体的最大直径与最小直径的差值位于为80nm～120nm，顶端圆柱体的直径为下方不规则柱体最大直径的1/15～1/5。

上面两种纳米柱结构中，所述不规则柱体的周期性变化具体为沿竖直方向呈周期性正弦函数模式变化、或周期性一次函数模式变化、或周期性常函数模式变化。最大直径为460nm～660nm。直径变化周期为500nm～800nnm，圆柱体的直径为40nm～80nm。纳米柱结构为半导体纳米柱，材料为为Si、Ge、GaAS、GaN任一种。所述纳米柱结构的材料晶体中引入了空位缺陷。

本实用新型还提供了一种太阳能电池，该太阳能电池的纳米柱为上述两种光伏纳米柱结构中的一种。

有益效果：本实用新型通过对纳米柱结构的采用周期性直径变化的结构，大大增加了光程，尤其是对非法向入射的太阳光十分有利，增强了光吸收能力，使得光能转化效率更高。

附图说明

图1是本发明提供的光伏纳米柱结构的一个实施例的结构图；

图2是纳米柱光能吸收率随直径变化的示意图；

图3是本发明提供的光伏纳米柱结构的另一实施例的结构图；

图4是本发明提供的光伏纳米柱结构的又一实施例的结构图；

图5是本发明提供的光伏纳米柱结构的再一实施例的结构图。

具体实施方式

实施例1