微晶硅襯底上金屬納米結(jié)構(gòu)光散射特性的數(shù)值模擬.pdf

1、太陽電池大規(guī)模應(yīng)用應(yīng)當(dāng)具備兩個(gè)條件：一是成本低，二是效率高。微晶硅薄膜太陽電池不僅具有原材料豐富、低溫成膜技術(shù)成熟、工藝相對簡單等特點(diǎn)，而且還能在廉價(jià)的襯底上實(shí)現(xiàn)大面積的生產(chǎn)，使得微晶硅薄膜太陽電池具有低成本優(yōu)勢，但是其較薄的光吸收層降低了光吸收，進(jìn)而使得微晶硅薄膜太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率偏低。在當(dāng)前光伏領(lǐng)域，利用金屬納米顆粒表面等離激元陷光技術(shù)來提高薄膜太陽電池的光吸收效率引起了廣泛的關(guān)注。
　　本學(xué)位論文首先綜述了太陽電池光管理技

2、術(shù)，并重點(diǎn)介紹了金屬納米顆粒表面等離激元在太陽電池中的應(yīng)用，然后，采用基于有限元法(FEM)的COMSOL數(shù)值模擬軟件研究了金屬納米顆粒以及核殼納米結(jié)構(gòu)的光散射特性，最后，為微晶硅薄膜太陽電池設(shè)計(jì)出了寬光譜陷光結(jié)構(gòu)。得到的主要結(jié)論如下：
　　1、金屬納米顆粒光散射特性研究：模擬并計(jì)算了不同尺寸的球狀納米顆粒的光散射性能，結(jié)果表明：與Au、 Cu相比，Ag和Al納米顆粒具備高散射，低吸收的特點(diǎn)。作為散射中心，球狀納米顆粒的半徑在10

3、0 nm左右為宜，與球狀納米顆粒相比，半球狀和圓柱狀納米顆粒的耦合效率較高，但其散射截面偏低。
　　2、核殼納米結(jié)構(gòu)光散射特性研究：Al@Al2O3核殼結(jié)構(gòu)中很薄的氧化層(2 nm)對金屬核殼納米顆粒光散射性能影響很??；相同尺寸下，Al@Ag核殼結(jié)構(gòu)比Al的光散射性能更優(yōu)；SiO2@Ag核殼結(jié)構(gòu)的性能很大程度上受到殼層厚度以及殼層材料的影響。
　　3、微晶硅薄膜太陽電池寬光譜陷光結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)：在微晶硅薄膜太陽電池前表面設(shè)計(jì)了周

4、期性分布的Al納米顆粒陷光結(jié)構(gòu)，當(dāng)顆粒半徑R為50 nm，周期P為250 nm時(shí)，與參考電池相比，陷光結(jié)構(gòu)太陽電池對AM1.5光譜光吸收提高百分比Eabs為9.78％，其中短波部分光吸收提高明顯；當(dāng)顆粒R=100 nm，P=500 nm，總的光吸收提高百分比Eabs為12.76%，其中中長波段光吸收顯著改善。利用不同尺寸的Al納米顆粒，為微晶硅薄膜太陽電池設(shè)計(jì)出了一種雙周期陷光結(jié)構(gòu)，其光吸收提高百分比Eabs高達(dá)25.7%，達(dá)到了微晶硅