等離激元納米結構的制備及在太陽能電池中的應用.pdf

1、由于能源危機的加重，清潔能源受到越來越多的關注，尤其是太陽能。太陽能電池是利用光伏效應直接將光能轉換為電能的光電子器件。薄膜太陽能電池的厚度通常為1-2μm，能有效的減少半導體材料的用量從而降低成本。與晶片基太陽能電池相比薄膜太陽能電池的光吸收效率較低，故其能量轉換效率較低。因此，發(fā)展一種能夠有效提高薄膜太陽能電池光吸收效率的技術非常重要。
　　提高太陽能電池光吸收效率的傳統(tǒng)方法主要為表面粗化和制備抗反射膜。然而，表面粗化結構的尺

2、寸約為10μm，無法應用于薄膜太陽能電池中;而亞微米的表面粗化能有效的提高光提取效率，但它同時也提高了少數(shù)截流子在表面和結處的再復合。抗反射膜只能增加特定波長的光吸收效率，而且沉積SiOx和SiNx為主要成分的抗反射膜需要昂貴的設備，增加了生產(chǎn)成本。
　　表面等離激元共振(SPRs)是由入射電磁波誘導的金屬表面電子的集體振蕩現(xiàn)象，它能顯著增強金屬納米結構附近的電場強度，提高金屬納米結構的散射截面進而增強光在太陽能電池吸收層內(nèi)的光程

3、，增強光吸收效率。SPRs的波長和強度不僅依賴于金屬納米結構的材料，還依賴于金屬納米結構的尺寸和形貌。在本論文中，我們采用物理和化學方法制備了Ag的等離激元納米結構并應用于GaInP太陽能電池。
　　在本論文的內(nèi)容分為四個章節(jié)。分別為第一章緒論;第二章利用濺射和光誘導方法制備Ag納米等離激元結構;第三章利用自發(fā)電流置換方法在GaInP薄膜太陽能電池表面制備Ag納米等離激元結構提高其光電轉換效率;第四章結論和展望。主要的研究內(nèi)容和結

4、論如下:
　　(1)利用濺射-退火過程在GaInP薄膜太陽能電池表面直接制備Ag納米結構，通過改變?yōu)R射時間和退火溫度實現(xiàn)對Ag納米結構形貌的調控。研究發(fā)現(xiàn)在低溫(250℃)退火條件下，濺射時間只影響Ag納米顆粒的密度，而對納米顆粒的尺寸幾乎沒有影響;而在高溫(450℃)退火條件下，可以形成尺寸較大的Ag納米顆粒，有利于增強太陽能電池的光吸收。
　　(2)利用光誘導方法實現(xiàn)對Ag納米顆粒尺寸和形貌的調控。首先利用紫外光照將光引

5、發(fā)劑1173光解成具有還原性的自由基，它能將溶液中的Ag+還原成Ag原子并在溶液中成核并在穩(wěn)定劑檸檬酸鈉的作用下形成尺寸為～10 nm的球形Ag納米顆粒晶種。然后利用不同波長的單或雙束LEDs光源照射Ag納米晶種溶液，誘導Ag納米顆粒的生長。實驗結果表明在入射光的的調控下球形Ag納米晶種顆?？梢赞D變?yōu)槭骟w、三角棱柱和環(huán)狀納米結構，而且溶液的顏色也會發(fā)生相應的變化。
　　(3)通過自發(fā)電流置換反應在GaInP薄膜太陽能電池表層Al

6、InP結構上制備Ag納米顆粒。研究結果表明當AlInP表面與濃度為10mM的AgNO3溶液接觸時，AlInP導帶的電子會被Ag+捕獲并還原成Ag原子，在AlInP表面形成Ag納米顆粒。通過控制反應時間可以實現(xiàn)對Ag納米顆粒尺寸和密度調控。
　　(4)研究了自發(fā)電流置換方法制備的Ag納米顆粒對GaInP薄膜太陽能電池性能的影響。實驗結果表明，GaInP薄膜太陽能電池的短路電流密度(Jsc)從14.9 mA/cm2增加到17.8 mA