太阳能由于无污染和储能丰富的优势,被认为是最具有前景的新能源之一。太阳能电池作为一种直接将光能转化为电能的装置,已经成为一个热门的产业和研究领域,但是由于其生产成本较高和转换效率偏低,并没有得到广泛的应用。因此,提高太阳能电池的转换效率和降低成本是主要的研究目标。纳米结构的太阳能电池具有转换效率高、硅材料用量少、对硅的品质要求低(从而降低制备晶体硅对环境污染)等优点,受到人们广泛关注,已成为太阳能电池的重点研发方向之一。本文以硅太阳能电池作为研究对象,通过光学和电学模拟软件设计和仿真了纳米管结构的太阳能电池。具体内容和结果如下:第一,使用光学模拟软件(FDTD Soultion)仿真比较了硅纳米管阵列结构和硅纳米柱阵列结构的吸收特性。在同样的周期和相同高度的情况下,经过优化的硅纳米管阵列结构,由于有着更大的表面积,致使它的吸收率比纳米柱阵列结构的吸收率高。在垂直入射光情况下,硅纳米管阵列对太阳光的吸收率相比硅纳米柱阵列结构的吸收率提高了11.1%。在倾斜入射下,硅纳米柱依然表现出了更好的光吸收特性。第二,通过将光学模拟产生的光子数文件导入到电学模拟(DEVICE)中模拟硅纳米管太阳电池的电学特性。在同样的轴向掺杂条件下,硅纳米管太阳电池的理想效率为24%,而硅纳米柱太阳电池的理想效率仅为13.7%。在考虑了载流子复合之后,硅纳米由于表面积更大,导致了表面载流子复合更加剧烈,但硅纳米管太阳电池的效率依然高于硅纳米柱电池的效率。仿真结果显示,硅纳米管的内径大小对它的光电转换效率有重要的影响。通过对半径变化扫描仿真计算,获得了硅纳米管太阳电池转换效率最大时的最优内径。这个最优内径大于光吸收率最大时纳米管的内径。仿真结果提供了一种新的纳米结构来制作更高效率的太阳能电池。