金屬納米等離子體增強(qiáng)硅薄膜太陽能電池光吸收

【摘要】：傳統(tǒng)的太陽能電池面臨的兩大突出問題就是降低太陽能電池成本和提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，目前商品化的太陽能電池主要以硅材料為主，硅基太陽能電池占現(xiàn)在太陽能電池市場的80%。而傳統(tǒng)的單晶硅太陽能電池厚度大約在180-300m，而硅薄膜太陽能電池只有幾微米，大大減少了硅材料的消耗從而降低了太陽能電池的成本，但是Si材料厚度的減小會(huì)降低Si薄膜太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，最新的研究表明，利用金屬等離子體的光散射和局域等離共振產(chǎn)生的場增強(qiáng)光聚集作用可以有效的提高硅薄膜太陽能電池的光吸收，本文分別進(jìn)行了以下研究： 1.為了研究金屬納米顆粒增強(qiáng)硅薄膜太陽能電池，首先利用時(shí)域有限差分FDTD方法計(jì)算分析了球形，方形，金字塔形三種形狀金屬Ag納米顆粒的局域等離共振的消光特性，并發(fā)現(xiàn)通過調(diào)節(jié)硅表面金屬納米顆粒形狀和大小，表面SiO_2鈍化層厚度對(duì)于硅薄層的光吸收都有影響，并發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)納米顆粒的粒徑大小，可以使硅層的光吸收譜紅移，提高紅外波段的光吸收。 2.借助于金屬納米顆粒對(duì)于硅層光吸收譜的研究，首先設(shè)計(jì)了上表面球納米列陣下表面方形納米列陣硅薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)，計(jì)算發(fā)現(xiàn)球粒徑和方形顆粒邊長可以影響太陽能電池的光吸收，通過優(yōu)化太陽能電池的結(jié)構(gòu)參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)的光吸收效率增強(qiáng)。 3.利用二維亞波長光柵的減反和光衍射作用，本文進(jìn)一步提出了一種亞波長凹面光柵和金屬納米等離顆粒結(jié)合的薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)，理論分析表明：這種二維表面凹槽周期結(jié)構(gòu)可有效降低太陽光表面的反射系數(shù)，特別是通過調(diào)節(jié)半圓形凹槽的半徑，可改變表面反射系數(shù)。并討論了入射光偏振角度對(duì)于光吸收的影響，通過調(diào)節(jié)薄膜太陽能電池的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)在300-1000nm太陽光譜寬波段的光吸收增強(qiáng)，尤其是在700-900nm的長波段有明顯的吸收增強(qiáng)，有明顯的吸收提高作用。 【關(guān)鍵詞】：硅薄膜太陽能電池 金屬納米等離子體 光吸收增強(qiáng) 亞波長凹面光柵
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TM914.42
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目錄7-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 課題的研究背景和研究的目的意義9-10
• 1.1.1 課題的研究背景9-10
• 1.1.2 課題研究的目的和意義10
• 1.2 國內(nèi)外研究進(jìn)展10-15
• 1.2.1 太陽能電池的工作原理10-11
• 1.2.2 太陽光譜下硅薄層的光吸收11-12
• 1.2.3 金屬等離子體提高薄膜太陽能電池12-15
• 1.3 課題的主要研究內(nèi)容15-17
• 第2章 光電轉(zhuǎn)換原理和金屬等離子體理論17-27
• 2.1 引言17
• 2.2 太陽能電池理論知識(shí)17-19
• 2.3 時(shí)域有限差分算法19-21
• 2.4 局域等離共振物理模型21-23
• 2.5 表面等離子體波(SPP)23-25
• 2.6 表面亞波長光柵結(jié)構(gòu)25-26
• 2.7 本章小結(jié)26-27
• 第3章 金屬納米顆粒對(duì)于硅光吸收的作用27-38
• 3.1 引言27
• 3.2 不同形狀的金屬 Ag 納米粒子的消光特性和散射場27-31
• 3.3 不同形狀和粒徑周期排列 Ag 納米粒子對(duì)于硅光吸收的影響31-35
• 3.4 球形納米顆粒列陣改變周期對(duì)于硅薄膜吸收的影響35-36
• 3.5 SiO_2鈍化層的選取36-37
• 3.6 本章小結(jié)37-38
• 第4章 金屬納米等離子體增強(qiáng)太陽能電池光吸收38-50
• 4.1 引言38
• 4.2 上下表面具有 Ag 納米顆粒陣列的太陽能電池單元38-44
• 4.3 二維亞波長光柵增強(qiáng)硅薄膜光吸收44-49
• 4.4 本章小結(jié)49-50
• 結(jié)論50-51
• 參考文獻(xiàn)51-55
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其他成果55-57
• 致謝57

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