貴金屬納米結構改善薄膜硅太陽能電池性能的仿真.pdf

1、薄膜非晶硅太陽能電池的活性層厚度很小（不足1微米），導致其對可見光尤其是紅光的陷光弱。非晶硅的帶隙1.7eV，導致紅外光子能量無法有效被吸收利用。上轉換發(fā)光材料是一種能夠將紅外光子能量轉換為可見光子能量的物質，但是低照度激發(fā)下其發(fā)光效率極低，限制了其在薄膜非晶硅太陽能電池中的應用。貴金屬納米結構與特定波長入射光相互作用的表面等離子體共振效應，一方面在金屬附近形成場強強度為原入射光場強數(shù)倍的局域近場，處于局域近場中的非晶硅對光的吸收將得到

2、增強。另一方面，貴金屬等離激元能夠對上轉換發(fā)光過程起調制作用，有望有效提高上轉換材料在低照度激發(fā)下的熒光強度。
　　本文在薄膜非晶硅太陽能電池的迎光面設計了納米銀球陣列，通過銀球對入射光散射和局域近場進一步提高電池活性層對AM1.5G中可見光能量的吸收程度。在底部設計了金納米棒陣列—上轉換材料復合襯底，用于將透射到活性層底部的AM1.5G的紅外光子能量轉換為可見輻射供活性層吸收利用。主要工作為以下幾點:
　　(1)優(yōu)化了銀球

3、陣列的幾何結構，使其陷光效果盡可能大。
　　(2)探究了表面銀球陣列對薄膜非晶硅太陽能電池的電學性能提升效果，從光吸收和載流子分離的角度分析了造成提升的緣故。
　　(3)研究了金納米棒和上轉換發(fā)光中心的相互作用過程，得出位于金納米棒附近的發(fā)光中心的熒光得到增強的環(huán)境條件。
　　(4)設計了金納米棒陣列和上轉換材料的襯底，并仿真了其對薄膜非晶硅電池的電功率輸出的提升效果，驗證在自然光照射時上轉換材料用于光伏器件的可行性。