具有全方位光管理能力的光阱结构

张文杰， 王 军， 王艳周， 吴宗豪， 李亚丽

(兰州大学物理科学与技术学院， 兰州 730000)

1引 言

近年来，随着社会发展，环境污染和气候变化问题日益凸显，因此可再生清洁能源引起了极大的兴趣. 在可再生清洁能源中，太阳能资源丰富、分布广泛、对环境友好，是最具发展潜力的可再生能源. 当前，晶硅(c-Si)太阳能电池占据了大部分太阳能电池市场[1-5]. 在太阳能电池中，光吸收能力对其光电转换效率有着极大的影响，但由于硅是间接带隙半导体，消光系数较低，不能对入射光充分吸收. 而砷化镓(GaAs)作为一种典型的直接带隙半导体，其消光系数高，并且少量的GaAs材料就可实现对入射光的充分吸收. 为了进一步增加光吸收，同时减少材料的使用，可以通过设计不同的光管理结构来实现，如：纳米金字塔[6-8]、纳米光栅[9-11]、纳米线[12-14]等. Chen等人提出了由楔形纳米墙阵列构成的光管理结构[15]，该结构具有渐变的有效折射率，渐变的有效折射率起到了宽光谱的减反作用. 当该结构的有效厚度为500 nm时，光电流密度可以达到29.0 mA/cm2. 但是在斜入射情况下，楔形纳米墙阵列的光吸收性能会出现衰减.

本文提出了一种基于砷化镓(GaAs)的纳米方形光阱陷光结构. 通过理论研究表明，在较宽的结构参数范围内，该纳米结构表现出良好的光管理和光电转换行为. 在AM 1.5G光照下，纳米方形光阱结构可以获得29.51 mA/cm2的光电流密度，此时纳米方形光阱结构的有效厚度仅仅为407 nm，且在斜入射情况下，该结构表现出全方……