新穎納米結(jié)構(gòu)導(dǎo)電薄膜的光電特性及應(yīng)用研究.pdf

1、納米結(jié)構(gòu)導(dǎo)電薄膜具備獨(dú)特而有趣的光電學(xué)特性，并且在許多領(lǐng)域有很重要的應(yīng)用，如透明電極、納米結(jié)構(gòu)背電極等。透明電極是多種光電子器件的核心部件之一。金屬納米結(jié)構(gòu)背電極在增強(qiáng)薄膜電池光吸收方面發(fā)揮著重要作用。本論文主要研究了制備大面積隨機(jī)銀納米線(AgNW)網(wǎng)絡(luò)透明電極及改善其性能的方法，還介紹了一種簡便的制備二維納米金碗陣列的方法，并將金碗陣列作為背電極增強(qiáng)非晶硅薄膜的光吸收。
　　首先簡介了各種類型的透明電極及非金屬和金屬陷光結(jié)構(gòu)的

2、發(fā)展現(xiàn)狀，然后以滲透理論為基礎(chǔ)對隨機(jī)Ag NW網(wǎng)絡(luò)的光電學(xué)性能進(jìn)行了理論分析，并介紹了自建的各種測試系統(tǒng)以及一些通用的實(shí)驗(yàn)方法。
　　在透明電極方面，提出了一種PMMA輔助旋涂的方法以制備在大面積范圍內(nèi)（4英寸熔石英玻璃襯底）光透射率高(～91％)、導(dǎo)電性好（Rsh＜20Ω/□）并且性能均勻、穩(wěn)定性好的隨機(jī)Ag NW網(wǎng)絡(luò)透明電極，系統(tǒng)探索了Ag NW PMMA懸濁液濃度、勻膠第二階段轉(zhuǎn)速等關(guān)鍵參量對最終得到的AgNW光電學(xué)性能的影

3、響。還成功將此方法推廣到柔性襯底上，制備出5×5cm2的PDMS柔性透明電極。緊接著，通過實(shí)驗(yàn)證明，用與自然太陽光功率密度(0.1W/cm2)相當(dāng)?shù)年柟庹丈溆蒙鲜鯬MMA輔助旋涂方法制備的Ag NW網(wǎng)絡(luò)，就能使其Rsh取得與200℃熱處理幾乎相同的改善效果，而前者對柔性襯底幾乎沒有影響。通過基于有限元方法的數(shù)值仿真方法和改變光照強(qiáng)度的系列實(shí)驗(yàn)，闡明，光照導(dǎo)致的Ag NW網(wǎng)絡(luò)性能改善可能源于Ag NW-Ag NW交叉接觸點(diǎn)處由等離子體效應(yīng)

4、產(chǎn)熱引起的PVP去除和線-線輕微焊接。還證明，經(jīng)光照改善后的Ag NW網(wǎng)絡(luò)有優(yōu)良的抗彎折性能，并將之應(yīng)用到薄膜加熱器和解凍器中。
　　就納米結(jié)構(gòu)背電極而言，介紹了一種以自組裝形成的聚苯乙烯小球陣列為模板結(jié)合PMMA輔助轉(zhuǎn)移的方法制備二維六角密集排布的納米金碗陣列的方法，用自建的系統(tǒng)測量了納米金碗陣列及金納米球殼陣列（即倒置的金碗）的反射譜和透射譜，計(jì)算得到其吸收譜;結(jié)果表明，在＞620nm的長波階段，前者的吸收弱于后者，這主要是因

5、為前者在該波段反射太高。但沉積上60nm厚的非晶硅薄膜后，納米金碗陣列的吸收變得明顯好于金納米球殼陣列，在380-880nm內(nèi)平均吸收達(dá)到0.82。為了理解兩者在濺射非晶硅薄膜前后截然相反的表現(xiàn)，用時(shí)域有限元差分方法對它們在不同波長處的電場分布進(jìn)了仿真，還通過實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)地研究了非晶硅厚度對其整體光學(xué)性能的影響，結(jié)果表明，頂層a-Si膜層在兩種納米結(jié)構(gòu)中的SPPs激發(fā)和電場分布的調(diào)節(jié)中扮演著極其重要的作用。還建立了精確的三維光電混合仿真模型

6、以系統(tǒng)地研究基于納米金碗陣列的太陽能電池的陷光特性及光生載流子的產(chǎn)生、輸運(yùn)和復(fù)合過程。數(shù)值仿真結(jié)果顯示，該電池的陷光特性優(yōu)于基于反轉(zhuǎn)金碗（即金納米球殼）陣列和平面金膜的電池;盡管復(fù)合速率較高，它仍然具有遠(yuǎn)高于后兩者的短路電流（14.62mA/cm2）;雖然局部電流反轉(zhuǎn)使得它的開路電壓略低于后兩者，納米金碗電池仍然有13.83％的光電轉(zhuǎn)換效率，比平面對照電池和金納米球殼電池分別高出25.73％和6.71％。
　　最后總結(jié)了本論文并對