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(yáng)能發(fā)電在解決全球能源危機(jī)，以及減緩溫室效應(yīng)方面有著巨大的潛在應(yīng)用。作為半導(dǎo)體和微電子工業(yè)中最重要的基礎(chǔ)材料，硅以其高儲(chǔ)量、較為成熟的工藝、污染小、較高的轉(zhuǎn)換效率、穩(wěn)定性好等優(yōu)勢(shì)成為了太陽(yáng)能光電池研究開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)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(shì)，是近年來(lái)研究的重點(diǎn)。然而，由于非晶硅的光學(xué)禁帶寬度在1.7ev左右，對(duì)太陽(yáng)輻射光譜的長(zhǎng)波段吸收較弱，使其光電轉(zhuǎn)換效率較低，另外，由于其載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度的限制，很難通過(guò)進(jìn)一步降

2、低薄膜厚度來(lái)減少成本，這些都嚴(yán)重影響了硅在光伏市場(chǎng)上的推廣應(yīng)用。將金屬等離激元共振用于增強(qiáng)太陽(yáng)能電池的效率，是提高太陽(yáng)能電池效率的研究熱點(diǎn)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(qiáng)薄膜吸收方面有重要的理論探索意義，而且在太陽(yáng)能電池領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。此外，本文還將表面等離激元共振用于增強(qiáng)薄膜的發(fā)光強(qiáng)度，取得較為不錯(cuò)的增強(qiáng)效果。
　　 本文制備了金屬銀納米顆粒結(jié)構(gòu)，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(chǔ)上，將金屬銀顆粒用于增強(qiáng)非晶硅薄膜的吸收及用于增強(qiáng)Y2O3:Yb3+薄膜的發(fā)光強(qiáng)度，并且分別研究了增強(qiáng)吸收和增強(qiáng)發(fā)光的機(jī)理。主要內(nèi)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(duì)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(lái)調(diào)節(jié)其表面等離激元共振峰的位置，還研究了通過(guò)改變周圍介電材料環(huán)境來(lái)調(diào)節(jié)銀納米顆粒的表面等離激元共振峰的位置。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，

4、通過(guò)改變銀顆粒的介電環(huán)境、生長(zhǎng)溫度以及熱處理溫度，可以達(dá)到調(diào)節(jié)銀顆粒LSP共振特性的目的。
　　 (2)利用銀納米顆粒增強(qiáng)了非晶硅薄膜的吸收，結(jié)果表明，在適當(dāng)尺寸的銀納米顆粒作用下，非晶硅薄膜對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)光的吸收可以得到有效增強(qiáng)。在銀納米顆粒的作用下，入射光在非晶硅中的光學(xué)路徑得到了增加，從而增強(qiáng)非晶硅對(duì)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(qiáng)了Y2O3：Yb3+薄膜的發(fā)光。結(jié)果表明，表面等離激元增