李孝峰：在光伏器件光電仿真領(lǐng)域“深耕細(xì)作”

近年來，新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)和新材料體系的大量引入，光伏器件呈現(xiàn)愈加復(fù)雜的多學(xué)科融合特征，給掌握其核心原理、有效設(shè)計(jì)和控制器件工作過程帶來挑戰(zhàn)。

　　然而，長久以來，光伏器件的設(shè)計(jì)限于純光學(xué)預(yù)測或稍進(jìn)一步的低維載流子動(dòng)力學(xué)層面。這對(duì)于未來主流的具備三維強(qiáng)空間特征的微納光伏器件而言，顯然難以準(zhǔn)確反映器件實(shí)際工作情況。

　　蘇州大學(xué)光電信息科學(xué)與工程學(xué)院李孝峰教授近年來專注于微納光伏技術(shù)的研究，取得了豐碩的成果，尤其在光伏器件高精度光電仿真方面形成特色。他于2011年率先報(bào)道基于頻域和三維空間的表面等離子太陽電池光電仿真模型。該模型引入光學(xué)、半導(dǎo)體材料和電動(dòng)力學(xué)等機(jī)制，通過在頻域和三維空間中開展電磁學(xué)和載流子輸運(yùn)/復(fù)合耦合運(yùn)算，彌補(bǔ)了此類器件僅限于光學(xué)和低維電學(xué)處理的缺陷，大幅提高了仿真對(duì)實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)作用。除獲得全面的光電性能宏觀指標(biāo)外，該工作還可深入到器件頻域和三維空間內(nèi)部，獲得詳細(xì)的光學(xué)電學(xué)微觀參量信息，為深入解讀器件工作過程、探索基本科學(xué)原理、有針對(duì)的進(jìn)行器件控制和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)信息。

　　在單納米線光電轉(zhuǎn)換器件方面，李孝峰課題組成功實(shí)現(xiàn)了單納米線太陽電池的二維和三維光電設(shè)計(jì)，提出多種可實(shí)現(xiàn)硅基、砷化鎵異質(zhì)結(jié)以及復(fù)雜微納結(jié)構(gòu)單納米線太陽電池的光電性能優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。對(duì)于納米結(jié)構(gòu)太陽電池而言，載流子復(fù)合電流過大是制約器件性能的重要因素。該機(jī)制屬于電學(xué)范疇，需要高精度的三維電學(xué)仿真才能獲得準(zhǔn)確的信息。李孝峰帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)博士生對(duì)納米線和納米孔陣列太陽電池的量子效率譜和載流子復(fù)合電流做了深入研究，量化了不同半導(dǎo)體摻雜和器件結(jié)構(gòu)下載流子復(fù)合引起的光電流損失，為此類納米結(jié)構(gòu)太陽電池的設(shè)計(jì)制造提供了詳細(xì)信息。此外，為提升太陽電池的光收集能力，他們提出一系列先進(jìn)微納陷光結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，幫助提升薄膜光伏器件的光吸收和光電轉(zhuǎn)換性能。

　　近期，該課題組在其光電仿真模型的基礎(chǔ)上，引入太陽能電池的熱動(dòng)力學(xué)機(jī)制，從而實(shí)現(xiàn)光、電、熱三個(gè)層面的器件模擬。目前，該工作已獲階段性進(jìn)展。由于太陽電池是典型的光電熱器件，能夠全面反映器件光電熱響應(yīng)的先進(jìn)仿真技術(shù)對(duì)于光伏器件的研究和開發(fā)意義重大。目前，高維空間下光伏器件的嚴(yán)格光電熱復(fù)合仿真技術(shù)是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，國內(nèi)外研究同行以及光伏產(chǎn)業(yè)界對(duì)此需求迫切。李孝峰課題組在該領(lǐng)域積累多年，未來將不斷深入相關(guān)研究，為我國光伏領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究、器件設(shè)計(jì)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。