[论文解读] Axial vs. Radial Junction Nanowire Solar Cell

Vidur Raj, Hark Hoe Tan+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 24, 2021

Nanowire Synthesis and Applications参考文献 118被引用 4

一句话总结

本综述对轴向结与径向结纳米线太阳能电池进行了全面的对比分析，评估了其光学吸收、器件物理及效率潜力。文章指出，径向结在光捕获和载流子收集方面表现更优，而轴向结在径向传输方面面临挑战，最后总结了纳米线太阳能电池发展中的关键挑战。

ABSTRACT

Both axial and radial junction nanowire solar cells have their challenges and advantages. However, so far, there is no review that explicitly provides a detailed comparative analysis of both axial and radial junction solar cells. This article reviews some of the recent results on axial and radial junction nanowire solar cells with an attempt to perform a comparative study between the optical and device behavior of these cells. In particular, we start by reviewing different results on how the absorption can be tuned in axial and radial junction solar cells. We also discuss results on some of the critical device concepts that are required to achieve high efficiency in axial and radial junction solar cells. We include a section on new device concepts that can be realized in nanowire structures. Finally, we conclude this review by discussing a few of the standing challenges of nanowire solar cells.

研究动机与目标

• 系统比较轴向结与径向结纳米线太阳能电池在光学吸收与器件行为方面的差异。
• 识别在轴向与径向纳米线太阳能电池架构中实现高效率的关键器件概念。
• 探索纳米线结构所支持的新型器件概念，以推动下一代光伏技术的发展。
• 概述阻碍纳米线太阳能电池实际部署与效率提升的主要挑战。

提出的方法

• 综述近期关于轴向与径向纳米线太阳能电池中光吸收的实验与理论研究成果。
• 分析器件物理，包括两种结构中载流子的产生、输运与收集机制。
• 评估纳米线几何形状、掺杂分布及异质结构设计对光伏性能的影响。
• 通过纳米线阵列比较光学性能，如吸收效率与光捕获能力。
• 调研新兴器件概念，如核壳结构、轴向异质结及纳米线中的径向掺杂梯度。
• 整合研究发现，识别当前纳米线太阳能电池平台中的性能瓶颈与设计限制。

实验结果

研究问题

• RQ1 轴向结与径向结纳米线太阳能电池在光学吸收特性上有哪些差异？
• RQ2 影响轴向与径向纳米线太阳能电池中载流子收集的关键器件物理机制是什么？
• RQ3 哪些设计原则使得径向结纳米线太阳能电池的效率优于轴向结？
• RQ4 在纳米线结构中可实现哪些新型器件概念以提升光伏性能？
• RQ5 当前限制纳米线太阳能电池效率与可扩展性的主要未解难题是什么？

主要发现

• 径向结纳米线太阳能电池由于径向异质结构，表现出更优的光捕获与吸收能力，从而实现高效的载流子收集。
• 轴向结纳米线在径向载流子输运方面面临挑战，尽管其制备工艺更简单，但效率受限。
• 径向结因具有更大的结面积与更优的电场分布，有助于提升光生载流子的收集效率。
• 通过直径、长度与材料组成可调节纳米线中的光学吸收，其中径向结构表现出更高的吸收效率。
• 核壳型径向结构有利于带隙工程设计并减少复合损失。
• 尽管已取得进展，表面复合、接触电阻及可扩展制备工艺等挑战仍是商业化的主要障碍。