CN108767021A - 一种具有宽谱广角减反特性的二维光栅-金字塔复合结构 - Google Patents

一种具有宽谱广角减反特性的二维光栅-金字塔复合结构 Download PDF

Info

Publication number
CN108767021A
CN108767021A CN201810575581.XA CN201810575581A CN108767021A CN 108767021 A CN108767021 A CN 108767021A CN 201810575581 A CN201810575581 A CN 201810575581A CN 108767021 A CN108767021 A CN 108767021A
Authority
CN
China
Prior art keywords
semiconductor
pyramid
grating
composite construction
broad
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810575581.XA
Other languages
English (en)
Inventor
杨理理
黄志青
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Original Assignee
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Aeronautics and Astronautics filed Critical Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority to CN201810575581.XA priority Critical patent/CN108767021A/zh
Publication of CN108767021A publication Critical patent/CN108767021A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/0543—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means comprising light concentrating means of the refractive type, e.g. lenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0216—Coatings
    • H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02167—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H01L31/02168—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells the coatings being antireflective or having enhancing optical properties for the solar cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种具有宽谱广角减反特性的二维光栅‑金字塔复合结构，由半导体光栅和半导体金字塔组成，所导体光栅为二维光栅，半导体光栅的竖直剖面为凸形，所述半导体金字塔覆盖于所述半导体光栅的上表面。该复合结构在波长为300nm‑2500nm的太阳能光谱范围内，以及入射角为0‑60°时，相对于单一结构具有很好的减反效果。

Description

一种具有宽谱广角减反特性的二维光栅-金字塔复合结构
技术领域
本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种具有宽谱广角减反特性的二维光栅-金字塔复合结构。
背景技术
经过数次工业革命，人类与日俱增的能源需求量和全球一次能源储量并非极大丰富的矛盾日益尖锐，太阳能以其丰富、清洁等优势成为最有发展前景的新能源之一。利用太阳能电池将太阳能转化为电能是利用太阳能的主要方式之一，但是，由于半导体禁带宽度的限制，传统太阳能电池无法充分利用禁带宽度以外的太阳能。PV-TE电池的出现，使得全光谱利用太阳能成为了可能。为了尽量提高PV-TE电池的效率，需要对光能进行最大限度地吸收，同时，为了避免太阳方位角的变化导致太阳能电池光吸收效果恶劣，这就要求电池具有太阳能电池具有宽光谱、广角度抗反射的特点。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提出一种具有宽谱广角减反特性的二维光栅-金字塔复合结构，该结构能在宽光谱广角度入射光下实现良好的吸收效果。
技术方案：一种具有宽谱广角减反特性的二维光栅-金字塔复合结构，由半导体光栅和半导体金字塔组成，所述半导体光栅为二维光栅，所述半导体光栅的竖直剖面为凸形，所述半导体金字塔覆盖于所述半导体光栅的上表面，所示半导体光栅凸起部分高度为所述半导体金字塔高度的一半以上。
进一步的，所述半导体金字塔为四棱锥结构，半导体光栅的凸起宽度大于或等于半导体金字塔底面边长。
进一步的，所述半导体光栅上表面的相邻所述半导体金字塔之间的中心距离大于或等于金字塔底面边长。
进一步的，所述半导体金字塔的高度与底面边长比值为0.5～10。
进一步的，所述二维光栅-金字塔复合结构以二维周期阵列排列，周期为300nm～2000nm。
有益效果：本发明提供的具有宽谱广角减反特性的二维光栅-金字塔复合结构，在波长为0.3-2.5μm的太阳能光谱范围内，以及入射角为0-60°时，相对于单一结构具有很好的减反效果。从图4中可以看出，二维光栅-金字塔复合结构集成了金字塔阵列和二维光栅它们分别在短波长和长波长的减反射性能，使得该结构能够在宽光谱(0.3-2.5μm)范围内具有优异的减反射效果。该结构的减反射效果主要是由于从空气到基底材料形成一层折射率连续变化的薄层，薄层即本发明的二维光栅-金字塔复合结构，折射率差异的减小可以降低反射率；此外，金字塔与金字塔之间的狭缝处能够形成微腔效应，使得入射光在这个狭小的区域内多次反射，从而将能量束缚在微腔里，达到减反射目的。
附图说明
图1为本发明的单个特征结构示意图；
图2为采用竖直平面截取单个特征结构的结构示意图；
图3为图2平面所截的剖面图；
图4为二维光栅-金字塔复合结构的全光谱(0.3-2.5μm)减反射效果，综合了二维光栅和金字塔阵列分别在长波长和短波长处减反射效果的优势。
图中标号名称：1-半导体二维光栅，2-半导体金字塔，W-光栅凸起宽度，h1-金字塔高度，h2-光栅凸起高度，P1-金字塔底面边长，P2-光栅(复合结构)周期。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
结合图1至图3，本发明为一种具有宽谱广角减反特性的二维光栅-金字塔复合结构，复合结构包括半导体光栅1和半导体金字塔2，其中半导体光栅1为二维光栅，半导体金字塔2为四棱锥结构。如图2所示竖直平面截取单个特征结构，得到图3所示的剖面图，半导体光栅1的竖直剖面为凸形，半导体金字塔2覆盖于半导体光栅1的上表面，半导体金字塔2之间可以为任意排列方式。
半导体光栅1的凸起宽度W可以大于或等于半导体金字塔2底面边长P1，半导体光栅1的凸起高度h2为半导体金字塔2的高度h1一半以上。半导体光栅1上表面的相邻半导体金字塔2之间的中心距离大于或等于金字塔底面边长P1。半导体金字塔2的高度h1与底面边长P1比值为0.5～10。半导体金字塔2的材料和半导体光栅1的材料可以相同或不同。二维光栅-金字塔复合结构以二维周期阵列排列，周期为300～2000nm，该复合结构在宽光谱及广角度入射下具有很好的减反效果。
实施例1：
一种具有宽谱广角减反特性的二维光栅-金字塔复合结构，具体实施方式为：
选用硅作为半导体光栅和半导体金字塔材料，复合结构排列为二维周期阵列排列，周期P2为300nm，半导体金字塔高度与底面边长比值h1/P1＝10。
由实施例1获得的二维光栅-金字塔复合结构，在入射角分别为0°、15°、30°、45°、60°时，通过时域有限差分方法在300nm-2500nm范围内计算得其平均反射率分别为1.012％、1.028％、0.966％、1.151％、2.287％。
实施例2：
一种具有宽谱广角减反特性的二维光栅-金字塔复合结构，具体实施方式为：
选用硅作为半导体光栅和半导体金字塔材料，复合结构排列为二维周期阵列排列，周期P2为750nm，半导体金字塔高度与底面边长比值h1/P1＝1.5。
由实施例2获得的二维光栅-金字塔复合结构，在入射角分别为0°、15°、30°、45°、60°时，通过时域有限差分方法在300nm-2500nm范围内计算得其平均反射率分别为1.484％、1.539％、1.795％、3.384056％、8.022％。
实施例3：
一种具有宽谱广角减反特性的二维光栅-金字塔复合结构，具体实施方式为：
选用硅作为半导体光栅和半导体金字塔材料，复合结构排列为二维周期阵列排列，周期P2为2000nm，半导体金字塔高度与底面边长比值h1/P1＝0.5。
由实施例3获得的二维光栅-金字塔复合结构，在入射角分别为0°、15°、30°、45°、60°时，通过时域有限差分方法在300nm-2500nm范围内计算得其平均反射率分别为13.829％、13.634％、14.798％、16.906％、21.635％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种具有宽谱广角减反特性的二维光栅-金字塔复合结构，其特征在于：由半导体光栅(1)和半导体金字塔(2)组成，所述半导体光栅(1)为二维光栅，所述半导体光栅(1)的竖直剖面为凸形，所述半导体金字塔覆盖于所述半导体光栅(1)的上表面，所示半导体光栅(1)凸起部分高度为所述半导体金字塔(2)高度的一半以上。
2.根据权利要求1所述的具有宽谱广角减反特性的二维光栅-金字塔复合结构，其特征在于：所述半导体金字塔(2)为四棱锥结构，半导体光栅(1)的凸起宽度大于或等于半导体金字塔(2)底面边长。
3.根据权利要求2所述的具有宽谱广角减反特性的二维光栅-金字塔复合结构，其特征在于：所述半导体光栅(1)上表面的相邻所述半导体金字塔(2)之间的中心距离大于或等于金字塔底面边长。
4.根据权利要求1-3任一所述的具有宽谱广角减反特性的二维光栅-金字塔复合结构，其特征在于：所述半导体金字塔(2)的高度与底面边长比值为0.5～10。
5.根据权利要求1-3任一所述的具有宽谱广角减反特性的二维光栅-金字塔复合结构，其特征在于：所述二维光栅-金字塔复合结构以二维周期阵列排列，周期为300nm～2000nm。
CN201810575581.XA 2018-06-06 2018-06-06 一种具有宽谱广角减反特性的二维光栅-金字塔复合结构 Pending CN108767021A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810575581.XA CN108767021A (zh) 2018-06-06 2018-06-06 一种具有宽谱广角减反特性的二维光栅-金字塔复合结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810575581.XA CN108767021A (zh) 2018-06-06 2018-06-06 一种具有宽谱广角减反特性的二维光栅-金字塔复合结构

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108767021A true CN108767021A (zh) 2018-11-06

Family

ID=64000112

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810575581.XA Pending CN108767021A (zh) 2018-06-06 2018-06-06 一种具有宽谱广角减反特性的二维光栅-金字塔复合结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108767021A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022105951A1 (en) * 2020-11-18 2022-05-27 Marp Invention S.R.O. Spatial structure of a photovoltaic module or a concentrator of solar radiation
WO2022105949A1 (en) * 2020-11-18 2022-05-27 Marp Invention S.R.O Spatial structure of a photovoltaic cell or of a concentrator of solar radiation

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102074591A (zh) * 2010-12-02 2011-05-25 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 用于太阳电池吸收增强的复合微纳光子结构及其制法
CN201904351U (zh) * 2010-11-24 2011-07-20 吉富新能源科技(上海)有限公司 具高光电转换效率的太阳能电池结构
CN202332915U (zh) * 2011-11-29 2012-07-11 浙江晶科能源有限公司 一种应用于太阳能组件的反射板
CN103137721A (zh) * 2011-11-28 2013-06-05 茂迪股份有限公司 硅基板、太阳能电池基板的制造方法及太阳能电池
CN103730522A (zh) * 2014-01-28 2014-04-16 友达光电股份有限公司 光电转换结构、应用其的太阳能电池及其制造方法
CN104966756A (zh) * 2015-06-19 2015-10-07 常德汉能薄膜太阳能科技有限公司 太阳能电池反射膜的双减反层结构及制备方法
CN107032359A (zh) * 2017-04-13 2017-08-11 宁波大学 一种二氧化硅溶胶的制备方法、光伏玻璃的制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201904351U (zh) * 2010-11-24 2011-07-20 吉富新能源科技(上海)有限公司 具高光电转换效率的太阳能电池结构
CN102074591A (zh) * 2010-12-02 2011-05-25 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 用于太阳电池吸收增强的复合微纳光子结构及其制法
CN103137721A (zh) * 2011-11-28 2013-06-05 茂迪股份有限公司 硅基板、太阳能电池基板的制造方法及太阳能电池
CN202332915U (zh) * 2011-11-29 2012-07-11 浙江晶科能源有限公司 一种应用于太阳能组件的反射板
CN103730522A (zh) * 2014-01-28 2014-04-16 友达光电股份有限公司 光电转换结构、应用其的太阳能电池及其制造方法
CN104966756A (zh) * 2015-06-19 2015-10-07 常德汉能薄膜太阳能科技有限公司 太阳能电池反射膜的双减反层结构及制备方法
CN107032359A (zh) * 2017-04-13 2017-08-11 宁波大学 一种二氧化硅溶胶的制备方法、光伏玻璃的制备方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022105951A1 (en) * 2020-11-18 2022-05-27 Marp Invention S.R.O. Spatial structure of a photovoltaic module or a concentrator of solar radiation
WO2022105949A1 (en) * 2020-11-18 2022-05-27 Marp Invention S.R.O Spatial structure of a photovoltaic cell or of a concentrator of solar radiation
JP7505123B2 (ja) 2020-11-18 2024-06-24 マープ インベンション エス．アール．オー． 太陽光発電モジュールまたは太陽放射集光器の空間構造体

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2704449C (en) Photovoltaic device
US8120027B2 (en) Backside nanoscale texturing to improve IR response of silicon solar cells and photodetectors
US20110129714A1 (en) Semiconductor wire array structures, and solar cells and photodetectors based on such structures
US9082911B2 (en) Three-dimensional metamaterial device with photovoltaic bristles
CN105322029A (zh) 减反膜、光电子器件及其制作方法
TWI402993B (zh) 光電轉換元件與製造方法
CN101431110A (zh) 低折射率纳米材料减反射膜
CN108767021A (zh) 一种具有宽谱广角减反特性的二维光栅-金字塔复合结构
CN109524489A (zh) 一种具有宽波段抗反射能力的硅纳米柱阵列结构
CN204991721U (zh) 一种低反射率晶体硅太阳能电池
CN205881917U (zh) 一种用于薄膜太阳能电池的光子晶体陷光结构
WO2018078659A1 (en) Refined light trapping technique using 3-dimensional globule structured solar cell
CN103035752B (zh) 包含纳米结构抗反膜的晶体硅太阳能电池及其制备方法
CN103000705A (zh) 一种晶体硅太阳能电池减反射膜
CN113224185A (zh) —种核壳纳米锥阵列太阳能电池
Liu et al. Novel ZnO nanowires/silicon hierarchical structures for superhydrophobic, low reflection, and high efficiency solar cells
CN110148637A (zh) 一种太阳能电池减反射膜结构
JP5692875B2 (ja) 平坦な頂上部を有する光学的構造体
CN105679860A (zh) 一种太阳能电池结构
CN107134499B (zh) 复合曲面陷光结构及其制备方法
CN111725342A (zh) 高吸收率的光伏组件
CN106409932B (zh) 一种具有宽谱广角特性的错位膜层减反结构
US20120048339A1 (en) Multi-junction group iii-v compound semiconductor solar cell and fabrication method thereof
Zhou et al. Design of GaAs solar cell front surface anti-reflection coating
TWI472042B (zh) 薄膜太陽能電池結構

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20181106