金屬納米顆粒表面等離激元特性及異質(zhì)結(jié)太陽電池研究.pdf

1、提高轉(zhuǎn)換效率和降低成本是目前太陽能電池發(fā)展過程中面臨的最大問題，也是逐步推進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)化的重要進(jìn)程。硅是間接帶隙半導(dǎo)體，其近帶隙光吸收較弱，傳統(tǒng)的硅基太陽能電池已經(jīng)無法滿足人們對轉(zhuǎn)換效率的要求。
　　最新的研究表明，金屬納米顆粒有顯著的表面等離子體共振效應(yīng)，可以增強(qiáng)光散射，使光進(jìn)入電池后的光學(xué)路徑大大增加，從而增加電池的轉(zhuǎn)換效率。且表面等離激元共振頻率受納米顆粒的材料、尺寸、形狀、顆粒間距及周圍介質(zhì)等因素影響，所以可以通過調(diào)控這些參

2、數(shù)來調(diào)節(jié)共振頻率或等離激元的傳播特性，借助金屬納米顆粒的等離激元特性增強(qiáng)電池的光吸收，設(shè)計出更加高效的太陽能電池。本文對兩種納米顆粒的表面等離激元光學(xué)特性和高效異質(zhì)結(jié)太陽能電池進(jìn)行研究，圍繞以下幾個問題展開了研究工作，取得了一些有價值的結(jié)果：
　　1、采用磁控濺射法制備了不同條件的Ag納米顆粒。研究發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)參數(shù)如濺射時間和退火溫度均對銀粒子的形貌、尺寸和顆粒間距有影響。通過紫外-可見-紅外光譜曲線說明Ag NPs具有明顯的表面等離

3、子體共振特性，且顆粒的大小、形狀和間距會影響等離激元共振吸收峰位置。
　　2、利用Mie散射理論分析了Ag NPs和Ag@Al2O3核殼納米結(jié)構(gòu)的局域表面等離激元特性，其中Ag@Al2O3粒子的內(nèi)核半徑在20~120nm范圍內(nèi)變化。數(shù)值模擬結(jié)果顯示：與單一的Ag NPs相比，隨著Ag@Al2O3殼層厚度的增加，核殼粒子的等離子體共振峰發(fā)生了紅移。在AM1.5光照條件下用平均散射效率來表征不同納米顆粒的散射能力。受核殼等離激元雜化和

4、相位延遲的影響，Ag@Al2O3的平均散射效率隨著殼層厚度的增加先增大后減小。對于粒徑較大的顆粒，如R>100nm時，核殼結(jié)構(gòu)的散射能力明顯優(yōu)于球形Ag NPs。
　　3、使用AFORS-HET軟件來模擬n-β-FeSi2/c-Si(p)/μc-Si(p+)異質(zhì)結(jié)太陽能電池的性能，討論了其n區(qū)和背場區(qū)的參數(shù)，及界面態(tài)對電池轉(zhuǎn)換效率的影響。計算結(jié)果顯示n區(qū)發(fā)射層的厚度和摻雜濃度都會影響電池的轉(zhuǎn)換效率；界面態(tài)密度對電池的影響不容忽視；