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本文摘要:近年来,新技术、新的结构和新材料体系的大量引进,光伏器件呈现出愈发简单的多学科融合特征,给掌控其核心原理、有效地设计和掌控器件工作过程带给挑战。

近年来,新技术、新的结构和新材料体系的大量引进,光伏器件呈现出愈发简单的多学科融合特征,给掌控其核心原理、有效地设计和掌控器件工作过程带给挑战。  然而,长久以来,光伏器件的设计仅限于显光学预测或略为更进一步的低维载流子动力学层面。这对于未来主流的不具备三维强劲空间特征的微纳光伏器件而言,似乎无法精确体现器件实际工作情况。

  苏州大学光电信息科学与工程学院李孝峰教授近年来专心于微纳光伏技术的研究,获得了令人瞩目的成果,特别是在在光伏器件高精度光电建模方面构成特色。他于2011年首度报导基于频域和三维空间的表面等离子太阳电池光电建模模型。

该模型引进光学、半导体材料和电动力学等机制,通过在频域和三维空间中积极开展电磁学和载流子输送/填充耦合运算,填补了此类器件仅限于光学和低维电学处置的缺失,大幅提高了建模对实验的指导作用。除取得全面的光电性能宏观指标外,该工作还可了解到器件频域和三维空间内部,取得详尽的光学电学微观参量信息,为了解理解器件工作过程、探寻基本科学原理、有针对的展开器件掌控和优化设计获取指导信息。  在单纳米线光电切换器件方面,李孝峰课题组顺利构建了单纳米线太阳电池的二维和三维光电设计,明确提出多种可实现硅基、砷化镓异质结以及简单微纳结构单纳米线太阳电池的光电性能优化设计方案。

对于纳米结构太阳电池而言,载流子填充电流过大是制约器件性能的最重要因素。该机制归属于电学范畴,必须高精度的三维电学建模才能取得精确的信息。李孝峰率领团队博士生对纳米线和纳米孔阵列太阳电池的量子效率序和载流子填充电流做到了深入研究,分析了有所不同半导体掺入和器件结构下载流子填充引发的光电流损失,为此类纳米结构太阳电池的设计生产获取了详细信息。此外,为提高太阳电池的光搜集能力,他们明确提出一系列先进设备微纳陷光结构设计,协助提高薄膜光伏器件的光吸收和光电切换性能。

  近期,该课题组在其光电建模模型的基础上,引进太阳电池的热动力学机制,从而构建光、电、热三个层面的器件仿真。目前,该工作已获得阶段性进展。由于太阳电池是典型的光电热器件,需要全面体现器件光电热号召的先进设备仿真技术对于光伏器件的研究和研发意义根本性。目前,低维空间下光伏器件的严苛光电热填充仿真技术是一项挑战,国内外研究同行以及光伏产业界回应市场需求急迫。

李孝峰课题组在该领域累积多年,未来将不断深入涉及研究,为我国光伏领域的基础研究、器件设计和产业发展贡献力量。

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