首页 > 解决方案 > 光电子与通讯 > RSoft_以表面等 RSoft_以表面等离子提高太阳能电池之效率模拟

本文利用RSoft之Solar Cell工具及FullWAVE建立一范例,介绍在太阳能电池设计中添加金属纳米粒子时,如何增强电池中的场及改变最终之效率。

结构概观: 

此处研究之太阳能电池由多接面太阳能电池(Multi-Junction Solar Cell)所构成,其中包含两个电池,各由一个CuPc及PTCBI区域所组成。两电池间埋入一排纳米等级的银粒子,电池底部为一简单之银反射镜,上方为一层ITO,TM偏振之入射光由SiO2中发射。

于RSoft CAD中所建立之完整结构如下图所示。


吸收光谱计算:

虽然薄膜组件通常可透过简单的解析方程式进行设计,但一般的光线计算无法模拟表面等离子之作用,因此需要使用更严谨的方法进行设计。

FullWAVE使用时域有限元素差分(Finite Difference Time Domain, FDTD)算法,提供全向量解进行结构中之电磁场仿真,并可计算组件之吸收光谱。透过给定的光谱及太阳入射光谱(AM 1.5),可计算特定波长范围在CuPc及PTCBI区域中的吸收光子总数。


使用RSoft Solar Cell工具计算效率:

RSoft Solar Cell工具可自动地计算不同波长之吸收,利用入射太阳光谱及其他各种太阳能电池如集光效率等之自定义参数,则可计算电池效率。 

首先,计算埋入及未埋入银纳米粒子之电池效率,此例中具银纳米粒子之效率增加约40%。此结果显示,添加纳米粒子时增加效率,是由于太阳能电池中之场的增强。

下图显示添加银纳米粒子前后,结构中之场的分布。


结论:

由上述结果可知,利用RSoft之FullWAVE及Solar Cell工具,可有效地模拟太阳能电池中银纳米粒子添加之影响,并可计算太阳能电池之效率,协助使用者设计更高效率之太阳能电池。