表面等離激元增加薄膜光吸收及發(fā)光效率研究.pdf

1、太陽能發(fā)電在解決全球能源危機，以及減緩溫室效應方面有著巨大的潛在應用。作為半導體和微電子工業(yè)中最重要的基礎材料，硅以其高儲量、較為成熟的工藝、污染小、較高的轉換效率、穩(wěn)定性好等優(yōu)勢成為了太陽能光電池研究開發(fā)的重點材料。其中，硅薄膜電池在節(jié)約電池成本方面具有巨大的優(yōu)勢，是近年來研究的重點。然而，由于非晶硅的光學禁帶寬度在1.7ev左右，對太陽輻射光譜的長波段吸收較弱，使其光電轉換效率較低，另外，由于其載流子擴散長度的限制，很難通過進一步降

2、低薄膜厚度來減少成本，這些都嚴重影響了硅在光伏市場上的推廣應用。將金屬等離激元共振用于增強太陽能電池的效率，是提高太陽能電池效率的研究熱點之一。本文將表面等離激元用于提高非晶硅薄膜吸收，不僅在表面等離激元增強薄膜吸收方面有重要的理論探索意義，而且在太陽能電池領域具有良好的應用前景。此外，本文還將表面等離激元共振用于增強薄膜的發(fā)光強度，取得較為不錯的增強效果。
　　 本文制備了金屬銀納米顆粒結構，研究了影響其形貌和表面等離激元共振

3、特性的因素，在此基礎上，將金屬銀顆粒用于增強非晶硅薄膜的吸收及用于增強Y2O3:Yb3+薄膜的發(fā)光強度，并且分別研究了增強吸收和增強發(fā)光的機理。主要內容如下：
　　 (1)利用電子束蒸發(fā)法(EBE)制備了Ag納米顆粒，研究了襯底溫度，熱處理溫度等對其形貌和表面等離激元特性的影響，利用后續(xù)熱處理法改變顆粒形貌來調節(jié)其表面等離激元共振峰的位置，還研究了通過改變周圍介電材料環(huán)境來調節(jié)銀納米顆粒的表面等離激元共振峰的位置。實驗結果表明，

4、通過改變銀顆粒的介電環(huán)境、生長溫度以及熱處理溫度，可以達到調節(jié)銀顆粒LSP共振特性的目的。
　　 (2)利用銀納米顆粒增強了非晶硅薄膜的吸收，結果表明，在適當尺寸的銀納米顆粒作用下，非晶硅薄膜對長波長光的吸收可以得到有效增強。在銀納米顆粒的作用下，入射光在非晶硅中的光學路徑得到了增加，從而增強非晶硅對入射光的吸收。
　　 (3)利用Ag納米顆粒的局域表面等離激元增強了Y2O3：Yb3+薄膜的發(fā)光。結果表明，表面等離激元增