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李孝峰:在光伏器件光电仿真领域“深耕细作”

导读: 近年来,新技术、新结构和新材料体系的大量引入,光伏器件呈现愈加复杂的多学科融合特征,给掌握其核心原理、有效设计和控制器件工作过程带来挑战。

   近年来,新技术、新结构和新材料体系的大量引入,光伏器件呈现愈加复杂的多学科融合特征,给掌握其核心原理、有效设计和控制器件工作过程带来挑战。

  然而,长久以来,光伏器件的设计限于纯光学预测或稍进一步的低维载流子动力学层面。这对于未来主流的具备三维强空间特征的微纳光伏器件而言,显然难以准确反映器件实际工作情况。

  苏州大学光电信息科学与工程学院李孝峰教授近年来专注于微纳光伏技术的研究,取得了丰硕的成果,尤其在光伏器件高精度光电仿真方面形成特色。他于2011年率先报道基于频域和三维空间的表面等离子太阳电池光电仿真模型。该模型引入光学、半导体材料和电动力学等机制,通过在频域和三维空间中开展电磁学和载流子输运/复合耦合运算,弥补了此类器件仅限于光学和低维电学处理的缺陷,大幅提高了仿真对实验的指导作用。除获得全面的光电性能宏观指标外,该工作还可深入到器件频域和三维空间内部,获得详细的光学电学微观参量信息,为深入解读器件工作过程、探索基本科学原理、有针对的进行器件控制和优化设计提供指导信息。

  在单纳米线光电转换器件方面,李孝峰课题组成功实现了单纳米线太阳电池的二维和三维光电设计,提出多种可实现硅基、砷化镓异质结以及复杂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,载流子复合电流过大是制约器件性能的重要因素。该机制属于电学范畴,需要高精度的三维电学仿真才能获得准确的信息。李孝峰带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谱和载流子复合电流做了深入研究,量化了不同半导体掺杂和器件结构下载流子复合引起的光电流损失,为此类纳米结构太阳电池的设计制造提供了详细信息。此外,为提升太阳电池的光收集能力,他们提出一系列先进微纳陷光结构设计,帮助提升薄膜光伏器件的光吸收和光电转换性能。

  近期,该课题组在其光电仿真模型的基础上,引入太阳能电池的热动力学机制,从而实现光、电、热三个层面的器件模拟。目前,该工作已获阶段性进展。由于太阳电池是典型的光电热器件,能够全面反映器件光电热响应的先进仿真技术对于光伏器件的研究和开发意义重大。目前,高维空间下光伏器件的严格光电热复合仿真技术是一项挑战,国内外研究同行以及光伏产业界对此需求迫切。李孝峰课题组在该领域积累多年,未来将不断深入相关研究,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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