ZnO Nanostructures as Efficient Antireflection Layers in Solar Cells

纳米结构 材料科学 纳米技术 光电子学 太阳能电池
作者
Yun-Ju Lee,D.S. Ruby,David W. Peters,Bonnie Beth McKenzie,Julia W. P. Hsu
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:8 (5): 1501-1505 被引量:625
标识
DOI:10.1021/nl080659j
摘要

An efficient antireflection coating (ARC) can enhance solar cell performance through increased light coupling. Here, we investigate solution-grown ZnO nanostructures as ARCs for Si solar cells and compare them to conventional single layer ARCs. We find that nanoscale morphology, controlled through synthetic chemistry, has a great effect on the macroscopic ARC performance. Compared with a silicon nitride (SiN) single layer ARC, ZnO nanorod arrays display a broadband reflection suppression from 400 to 1200 nm. For a tapered nanorod array with average tip diameter of 10 nm, we achieve a weighted global reflectance of 6.6%, which is superior to an optimized SiN single layer ARC. Calculations using rigorous coupled wave analysis suggest that the tapered nanorod arrays behave like modified single layer ARCs, where the tapering leads to impedance matching between Si and air through a gradual reduction of the effective refractive index away from the surface, resulting in low reflection particularly at longer wavelengths and eliminating interference fringes through roughening of the air−ZnO interface. According to the calculations, we may further improve ARC performance by tailoring the thickness of the bottom fused ZnO layer and through better control of tip tapering.
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