金屬納米顆粒表面等離激元特性及異質結太陽電池研究.pdf

1、提高轉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，也是逐步推進光伏產業(yè)化的重要進程。硅是間接帶隙半導體，其近帶隙光吸收較弱，傳統(tǒng)的硅基太陽能電池已經無法滿足人們對轉換效率的要求。
　　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，可以增強光散射，使光進入電池后的光學路徑大大增加，從而增加電池的轉換效率。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等因素影響，所以可以通過調控這些參

2、數(shù)來調節(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電池的光吸收，設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特性和高效異質結太陽能電池進行研究，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)實驗參數(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核殼納米結構的局域表面等離激元特性，其中Ag@Al2O3粒子的內核半徑在20~120nm范圍內變化。數(shù)值模擬結果顯示：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，核殼結構的散射能力明顯優(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+)異質結太陽能電池的性能，討論了其n區(qū)和背場區(qū)的參數(shù)，及界面態(tài)對電池轉換效率的影響。計算結果顯示n區(qū)發(fā)射層的厚度和摻雜濃度都會影響電池的轉換效率；界面態(tài)密度對電池的影響不容忽視；