Light Trapping in Single Elliptical Silicon Nanowires

光电流 俘获 纳米线 材料科学 光学 光电子学 对称(几何) 光伏系统 物理 几何学 生态学 数学 生物
作者
Wenfu Liu,Yinling Wang,Xiaolei Guo,Jun Song,Xiao Wang,Yasha Yi
出处
期刊:Nanomaterials [MDPI AG]
卷期号:10 (11): 2121-2121 被引量:8
标识
DOI:10.3390/nano10112121
摘要

Light trapping in single nanowires (NWs) is of vital importance for photovoltaic applications. However, circular NWs (CNWs) can limit their light-trapping ability due to high geometrical symmetry. In this work, we present a detailed study of light trapping in single silicon NWs with an elliptical cross-section (ENWs). We demonstrate that the ENWs exhibit significantly enhanced light trapping compared with the CNWs, which can be ascribed to the symmetry-broken structure that can orthogonalize the direction of light illumination and the leaky mode resonances (LMRs). That is, the elliptical cross-section can simultaneously increase the light path length by increasing the vertical axis and reshape the LMR modes by decreasing the horizontal axis. We found that the light absorption can be engineered via tuning the horizontal and vertical axes, the photocurrent is significantly enhanced by 374.0% (150.3%, 74.1%) or 146.1% (61.0%, 35.3%) in comparison with that of the CNWs with the same diameter as the horizontal axis of 100 (200, 400) nm or the vertical axis of 1000 nm, respectively. This work advances our understanding of how to improve light trapping based on the symmetry breaking from the CNWs to ENWs and provides a rational way for designing high-efficiency single NW photovoltaic devices.
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