納米結(jié)構(gòu)金表面等離子體效應在硅基雜化太陽能電池中的應用.pdf

1、有機無機雜化太陽電池因其能夠結(jié)合無機材料高穩(wěn)定性，高載流子遷移率和有機材料低成本，制備簡單，能帶可調(diào)等優(yōu)勢，有望在未來光伏產(chǎn)業(yè)中扮演重要角色。其中，有機硅基雜化電池，近五年來其發(fā)展速度迅速，最高光電轉(zhuǎn)換效率已超過17％。對于這類雜化電池，為了減少入射光的反射，提高吸光效率，主要通過將平面硅片刻蝕為硅納米結(jié)構(gòu)或者引入氮化硅等減反層。但是，硅納米結(jié)構(gòu)的制備相對復雜，而且表面納米結(jié)構(gòu)化增加了硅的表面積，會引入更多的缺陷態(tài)，載流子的表面復合速率

2、比較高。而減反層的制備一般是用等離子體增強化學氣相沉積，這種成膜方法會對有機層造成損傷，從而影響電池性能。這些問題促使研究人員不斷開發(fā)新的光俘獲技術，于是在納光子學和光伏兩個交叉領域出現(xiàn)了利用金屬納米結(jié)構(gòu)的表面等離子體增強效應來提升太陽電池的光俘獲性能這一研究熱點。在這里我們引入了具有納米結(jié)構(gòu)的金屬，探索了金屬納米結(jié)構(gòu)的表面等離子體共振效應對有機無機雜化太陽能電池的影響。
　　本研究分為四個部分：第一章主要介紹了太陽能電池的研究背

3、景，簡單概述了表面等離子子體的基本原理，以及其在太陽能電池領域的應用。第二章介紹了不同粒徑的金納米顆粒，沉積在雜化太陽能電池有機層中，研究其對電池性能的影響。金納米顆粒的等離子體效應受尺寸、形狀、環(huán)境介質(zhì)和濃度等影響，因此本論文探究了20 nm，40 nm和80 nm三種粒徑的金納米顆粒，通過時域有限差分法對其在不同介質(zhì)中的光學性能進行了理論分析，研究了在雜化太陽能電池中光學性能。第三章介紹了氧化石墨烯金納米顆粒復合物摻雜對雜化電池的影

4、響。我們?yōu)榱颂岣呓鸺{米顆粒的分散性，引入了氧化石墨烯作為模板，解決了金納米顆粒在高濃度下發(fā)生團聚的問題。對單獨氧化石墨烯摻雜的器件和氧化石墨烯金納米顆粒復合物摻雜的器件進行對比分析，探究其光俘獲和近場增強效應在電池中的應用。第四章探討了金納米棒表面等離子體共振特性對有機-無機雜化太陽能電池性能的改善。硅的帶隙為1.12 eV，波長大于1200nm的光很難被硅吸收利用，于是合成了高長徑比的金納米棒，其縱向共振吸收峰在近紅外波段，引入熱電子