基于背部表面等离子体对薄膜太阳能电池效率的影响

【摘要】：近年来薄膜太阳能电池的加工及成本低廉,使其成为研究热点,并取得了较快的发展。为了更好的改善太阳能电池的能量转化效率,最重要是增加太阳能电池的光吸收。基于金属纳米颗粒所产生的局域表面等离子体振荡可以增加散射横截面和近场增强的两个性质,我们通过放置在硅吸收层上的金属纳米颗粒来提高薄膜太阳能电池效率。在这篇文章中,我们设计了以硅薄膜太阳能电池为基础,应用单晶硅材料为衬底,在衬底的背面覆盖一层圆柱形纳米结构银粒子,用有限时域差分方法(FDTD)对粒子结构进行优化,研究表面等离子体共振对太阳能电池光吸收性的影响,计算吸收因子随纳米粒子结构参数的改变,分析背面粒子对光吸收性的重要作用。 研究表明,对于不同大小的圆柱形纳米颗粒和不同周期阵列分布,激发的表面等离子体明显增强了薄膜太阳能电池的吸收效率。我们得出硅吸收层厚度为500nm,圆柱形的周期间距为120nm,半径为100nm,高为60nm时,吸收增益达到1.6。 【关键词】：太阳能电池 表面等离子体 有限时域差分法 银纳米粒子
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.42
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 目录6-7
• 第一章 绪论7-12
• 1.1 研究背景7
• 1.2 太阳能电池工作原理7-10
• 1.3 表面等离子体薄膜太阳能电池的发展简介10-11
• 1.4 设计背面圆柱结构的目的和意义及主要研究内容11
• 1.5 本章小结11-12
• 第二章 表面等离子体的基本理论12-22
• 2.1 表面等离子体简介12
• 2.2 表面等离子体的激励方式12-14
• 2.3 表面等离子体的色散关系14-17
• 2.4 表面等离子体(SPP)的特征长度17-18
• 2.5 表面等离子体场的穿透深度δ_d和δ_m18
• 2.6 局域表面等离子体技术18-20
• 2.7 本章小结20-22
• 第三章 有限时域差分方法22-35
• 3.1 麦克斯韦方程在FDTD中的表达方式22-27
• 3.2 FDTD的数值稳定性27-29
• 3.3 FDTD的边界条件29-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第四章 金属纳米颗粒的光电特性及太阳能电池上的应用35-42
• 4.1 金属纳米颗粒的基本光学特性35-37
• 4.2 表面等离子体太阳能电池的光俘获方式37-39
• 4.3 金属纳米颗粒的材料对太阳能电池吸收效率的影响39-40
• 4.4 金属纳米颗粒的形状对太阳能电池吸收效率的影响40-41
• 4.5 金属纳米颗粒的尺度对太阳能电池吸收效率的影响41
• 4.6 本章小结41-42
• 第五章 基于背部圆柱形纳米颗粒对薄膜太阳能电池吸收效率的研究42-55
• 5.1 实验模拟的结构及参数42-43
• 5.2 实验结果及分析43-53
• 5.3 本章小结53-55
• 总结与展望55-57
• 总结55
• 展望55-57
• 致谢57-58
• 参考文献58-59

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