背部Ag纳米粒子对提高硅薄膜太阳能电池光吸收特性的研究

【摘要】：如今太阳能电池的发展越来越快,怎么能让太阳能电池拥有更高的转换效率,正是人们不断研究的新问题。我们可以在太阳能电池中应用金属纳米粒子,这样一来,局域共振场就会增强,这是因为通过金属纳米粒子的作用而产生了表面等离子体振荡,在这种作用下,共振前向散射截面就会增加,同时也使得光在太阳能电池内部的传输路径也有所增加,从而增强了有源介质的吸收,最终完成我们要达到的目的——提高光在太阳能电池中的吸收。 本文设计的结构是以单晶硅作为太阳能电池的基底,在太阳能电池的背部,放置圆柱状的Ag纳米粒子,通过时域有限差分法,对此结构的光吸收增益进行模拟。本文详细模拟了影响光吸收增益的因素,如：纳米粒子的半径、周期等。通过模拟得出,当硅基底厚度为500纳米、纳米粒子的高度为100纳米、纳米粒子的半径为350纳米,纳米粒子的底面积与单位周期正方形面积的比值为0.785时,可以得到最大的光吸收增益1.522。随后,又加入了Si02钝化层在硅基底与Ag纳米粒子之间。并模拟出光吸收增益在钝化层厚度不同时的不同变化,并得出在硅基底厚度为500纳米,纳米粒子高度为100纳米、纳米粒子半径为100纳米,纳米粒子的底面积与单位周期正方形面积的比值为0.5时,可以得到最大的光吸收增益1.618。 【关键词】：单晶硅薄膜太阳能电池 表面等离子体 Ag纳米粒子 SiO_2钝化层
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.42
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 第一章 绪论7-14
• 1.1 研究背景7
• 1.2 太阳能电池工作原理7-9
• 1.3 太阳能电池的基本特性9-11
• 1.4 硅太阳能电池的种类11-12
• 1.5 在薄膜太阳能电池上应用表面等离子体12
• 1.6 本论文的研究目的和主要内容12-13
• 1.7 本章小结13-14
• 第二章 表面等离子体14-24
• 2.1 等离子体在金属中的不同类型14-17
• 2.2 表面等离子体的色散关系17-19
• 2.3 表面等离子体的激发方式19-21
• 2.4 表面等离子体的应用21-23
• 2.5 本章小结23-24
• 第三章 时域有限差分法24-33
• 3.1 时域有限差分法的概念24-25
• 3.2 FDTD中的Maxwell方程25-29
• 3.3 稳定性条件29-30
• 3.4 吸收边界条件30-32
• 3.5 本章小结32-33
• 第四章 背部纳米粒子对薄膜太阳能电池光吸收特性的研究33-45
• 4.1 模拟结构33-35
• 4.2 模拟结果及分析35-44
• 4.3 本章小结44-45
• 总结与展望45-46
• 致谢46-47
• 参考文献47-48

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