光捕获

器件的最佳厚度不仅仅需要考虑控制光的完全吸收。例如，如果光不是在结的扩散长度内被吸收，则光产生的载流子会因复合而损失掉。此外，如复合引起的电压损失中所讨论的，为达到和较厚器件吸收同样效果的较薄电池可能具有较高电压。因此，太阳能电池的最佳结构通常具备“光捕获”，其中光路径长度是实际器件厚度的几倍。器件的光路径长度是指未被吸收的光子在逃逸出器件前可以在器件内行进的距离。这通常是根据器件厚度来定义的。例如，没有光捕获功能的太阳能电池的光路径长度可能为一个器件厚度，而具有良好光捕获功能的电池的光路径长度可能为 50，这表明光在电池内来回反射了许多次。

光捕获通常是通过使光入射到有角度的表面来实现的，这样可以改变光在电池中传播的角度。经制绒处理的表面不仅会减少前章所描述的反射，而且还会将光倾斜地入射到硅中，从而提供比实际器件厚度更长的光路径长度。根据斯涅耳定律，光折射到半导体材料中的角度如下：

其中n₁和n₂是介质的折射率，θ₁和θ₂分别是介质内入射光与界面法线的角度。 θ₁ 和 θ₂ 如下面的动画所示。

 光线在电介质边界处的折射。您可以调整入射角，单击图表右侧并拖动鼠标更改角度，来查看对传输到第二介质的光线角度的影响。当 n₂ 的折射率高于 n₁ 时，折射光线比入射光线更接近法线。

通过重新整理上面的斯涅尔定律，可以计算出光线进入太阳能电池的角度（折射光的角度）：

在经制绒处理的单晶太阳能电池中，晶面的存在使得角度 θ₁ 等于 36°，如下所示。

经制绒处理的太阳能电池的光反射和透射。

界面处反射的光量由菲涅尔反射公式得出。对于平行于表面的偏振光，反射量为：

对于垂直于表面的偏振光，反射量为：

对于非偏振光，反射量是两者的平均值：

如果光从高折射率介质传递到低折射率介质，则存在全内反射（TIR）的可能性。发生这种情况的角度就是临界角，可以通过将斯涅尔定律中的 θ₂ 设置为 0 来找到。

利用全内反射，光可以被捕获在电池内部并多次穿过电池，从而即使是薄太阳能电池也能保持较长的光路径长度。