ナノフォトニックエンジニアリングによる太陽電池の光電圧の向上

太陽電池の理論的に制限される開回路電圧（VOC）に近づくことは、太陽電池の性能を最適化するために重要です。ここでは、ナノ構造化された層が平面層よりも根本的に大きなフェルミレベルの分割、したがって大きなVOCを達成できることを実験的に示します。プラナーインジウムリン化インジウム（INP）からテーパーナノワイヤをエッチングすることにより、平面とナノフォトニックの幾何学をまったく同じ材料品質と直接比較します。1 Sunでのナノ構造層の外部放射効率が平面層と比較して因子14だけ増加し、VOCで70 mVの増強をもたらすことを示します。より高い電圧は、光子の強化されたアウトカップリングの両方から生じます。これは、放射組換えを促進するものと、バルク再結合を減らす活性材料の低い材料を促進します。これらの効果は一般的であり、他の材料から作られた現在の記録的な平面太陽電池の効率を高めることを約束します。

Approaching the theoretically limiting open circuit voltage (Voc) of solar cells is crucial to optimize their photovoltaic performance. Here, we demonstrate experimentally that nanostructured layers can achieve a fundamentally larger Fermi level splitting, and thus a larger Voc, than planar layers. By etching tapered nanowires from planar indium phosphide (InP), we directly compare planar and nanophotonic geometries with the exact same material quality. We show that the external radiative efficiency of the nanostructured layer at 1 sun is increased by a factor 14 compared to the planar layer, leading to a 70 mV enhancement in Voc. The higher voltage arises from both the enhanced outcoupling of photons, which promotes radiative recombination, and the lower active material volume, which reduces bulk recombination. These effects are generic and promise to enhance the efficiency of current record planar solar cells made from other materials as well.