基于半导体纳米结构的波长转换技术在硅基太阳电池上的应用研究

To response to the guideline of spectral conversion technique for photovoltaic application, this key project proposes the basic research of semiconductor nanostructures for spectral conversion in high-efficient crystalline Si solar cells, taking full advantages of ordered Si nanowire arrays/II-VI quantum dot complex structures and semiconductor passive quantum structures in the photon frequency down-shifting and up-conversion processes. Through design and process compatibility investigation of down-shifting and up-conversion structures to the crystalline Si solar cells of PERC (passivated emitter and rear contact), MWT (metallization wrap through) and IBC (interdigitated back contact), we are proposing to realize high-efficient crystalline Si/spectral conversion integrated solar cells with energy conversion efficiencies over 21%. This project will solve the scientific issues of physical mechanism and realization of high-efficient down-shifting and up-conversion, design and process compatibility of down-shifting and up-conversion structures to these high-efficient crystalline Si solar cells, and feasible solutions for high-efficient crystalline Si/spectral conversion integrated solar cells. A series of novel spectral conversion techniques is expected to be achieved through clear understanding the role of semiconductor nanostructures in the spectral conversion processes.

本重点项目根据指南"面向光伏应用的波长转换技术"，提出利用有序硅纳米线阵列/II-VI族量子点复合结构与半导体无源量子结构在光子频率下转换和上转换方面的优势和特色，结合产业化热点的高效晶体硅光伏器件，进行基于半导体纳米结构的波长转换技术在硅基太阳电池物理与器件上的创新基础研究。通过与上、下转换结构匹配的发射极钝化背点接触（PERC）、金属环绕穿通（MWT）和叉指背接触（IBC） 等晶体硅太阳电池设计及工艺兼容性研究，制备出转换效率超过21%的高效上下转换晶体硅集成结构太阳电池。解决高效光子频率上下转换结构的物理机理与实现，与上下转换匹配的晶体硅电池结构设计及工艺兼容以及高效上下转换集成结构硅基太阳电池的可行方案等关键科学问题。通过认识和掌握半导体纳米材料和结构对太阳光谱上、下转换调控规律来发掘提高晶体硅光伏器件效率的途径，形成一系列具有自主知识产权的波长转换新技术。

本重点项目利用有序硅纳米线阵列/II-VI族量子点结构与半导体多层膜结构在短波和红外光子频率转换和利用方面的优势和特色，结合产业化热点的高效晶体硅光伏器件，进行基于半导体纳米结构的波长转换与利用技术在硅基太阳电池物理与器件上的创新研究。通过结构匹配的发射极钝化背点接触（PERC）和叉指背接触（IBC）等晶体硅太阳电池设计及工艺兼容性研究，制备出转换效率超过22%的高效波长转换与利用晶体硅集成结构太阳电池。解决高效光子频率转换与利用结构的物理机理与实现，与转换和利用匹配的晶体硅电池结构设计及工艺兼容以及高效集成结构硅基太阳电池的可行方案等关键科学问题。通过认识和掌握半导体纳米材料和结构对太阳光谱转换和利用的调控规律来发掘提高晶体硅光伏器件效率的途径，形成一系列具有自主知识产权的波长转换新技术。