中國儲能網(wǎng)訊：近年來，新技術(shù)、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(fù)雜的多學(xué)科融合特征，給掌握其核心原理、有效設(shè)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(shè)計限于純光學(xué)預(yù)測或稍進一步的低維載流子動力學(xué)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(zhǔn)確反映器件實際工作情況。
蘇州大學(xué)光電信息科學(xué)與工程學(xué)院李孝峰教授近年來專注于微納光伏技術(shù)的研究，取得了豐碩的成果，尤其在光伏器件高精度光電仿真方面形成特色。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仿真模型。該模型引入光學(xué)、半導(dǎo)體材料和電動力學(xué)等機制，通過在頻域和三維空間中開展電磁學(xué)和載流子輸運/復(fù)合耦合運算，彌補了此類器件僅限于光學(xué)和低維電學(xué)處理的缺陷，大幅提高了仿真對實驗的指導(dǎo)作用。除獲得全面的光電性能宏觀指標(biāo)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(xué)電學(xué)微觀參量信息，為深入解讀器件工作過程、探索基本科學(xué)原理、有針對的進行器件控制和優(yōu)化設(shè)計提供指導(dǎo)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(shè)計，提出多種可實現(xiàn)硅基、砷化鎵異質(zhì)結(jié)以及復(fù)雜微納結(jié)構(gòu)單納米線太陽電池的光電性能優(yōu)化設(shè)計方案。對于納米結(jié)構(gòu)太陽電池而言，載流子復(fù)合電流過大是制約器件性能的重要因素。該機制屬于電學(xué)范疇，需要高精度的三維電學(xué)仿真才能獲得準(zhǔn)確的信息。李孝峰帶領(lǐng)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(fù)合電流做了深入研究，量化了不同半導(dǎo)體摻雜和器件結(jié)構(gòu)下載流子復(fù)合引起的光電流損失，為此類納米結(jié)構(gòu)太陽電池的設(shè)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(shè)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，該課題組在其光電仿真模型的基礎(chǔ)上，引入太陽電池的熱動力學(xué)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，能夠全面反映器件光電熱響應(yīng)的先進仿真技術(shù)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(yán)格光電熱復(fù)合仿真技術(shù)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(lǐng)域積累多年，未來將不斷深入相關(guān)研究，為我國光伏領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究、器件設(shè)計和產(chǎn)業(yè)發(fā)展貢獻力量。
