纳米硅薄膜性质及薄膜太阳能电池效率的研究

发布时间：2020-12-11 05:20

　　薄膜太阳能电池是通过光电效应把太阳能直接转化为电能的设备。作为新一代的太阳能电池,薄膜电池具有硅材料使用较少、容易生产制造、弱光条件下吸收性能良好、回收周期短等众多优势,它在解决当前的能源和环境问题方面具有广泛的运用前景。然而在实际的运用过程中,薄膜电池将光能转换为电能的效率比较低下,导致电池的吸收效率远远低于传统应用的晶体硅太阳能电池。同时,相较于化石燃料发电,薄膜电池发电价格高昂,严重的影响和限制了其开发与运用。所以,论文的主要工作为研究纳米硅薄膜的性质和提高薄膜电池的吸收效率。纳米硅薄膜作为薄膜电池光电转换中最重要的组成结构,使其成为了重点研究的对象。纳米硅薄膜的反射与吸收等性质随其厚度的改变而变化,硅薄膜性质的变化将直接影响电池的转换效率及制造成本。针对纳米硅薄膜的厚度会影响薄膜电池性质的问题,采用时域有限差分(FDTD)方法对纳米硅薄膜进行了模拟计算。分析了纳米硅薄膜对入射电磁波的衰减现象,并详细地讨论了纳米硅薄膜的厚度对其反射率、吸收率及其他光学性能的影响。计算结果表明,纳米硅薄膜对入射电磁波存在显著的吸收作用,硅材料的薄膜化有效地增强了其吸收率,厚度为650 nm的硅薄膜... 

【文章来源】：江西理工大学江西省

【文章页数】：60 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

等离子体极化激元（SPP）

第二章电池的原理和结构及吸收增强效应15图2.10局域表面等离激元（LSP）2.2.2表面等离子共振增强效应研究表明，在薄膜电池的硅薄膜表面设置一层金属纳米粒子（NPS）结构能够达到增强电池的吸收性能的目的，当入射光（电磁波）照射电池硅薄膜时，入射光波跟薄膜表面的金属纳米粒子相互作用将引起表面等离子体共振。共振同时具有局域场增强和散射效应，将引起介质与金属纳米粒子周围局域场的大幅增加，局域场增大能够增强电池硅薄膜与金属纳米粒子对入射光产生选择性共振吸收。金属纳米粒子具有多个重要的效应，在薄膜太阳能电池、共振传感器、新型光子器件[44-46]等多个领域运用广泛。金属纳米粒子具有陷光效应和吸收增强效应，使其在增强薄膜电池的吸收上具有广泛的运用前景，利用等离子体共振原理的金属纳米粒子陷光结构受到了研究人员的广泛关注。金属纳米粒子表面等离子共振受其形状、尺寸与材料的影响较大，为了详细全面的了解金属纳米粒子对薄膜电池的影响作用，再进一步展开对金属纳米粒子薄膜电池的研究工作显得非常重要。研究人员利用金属纳米粒子的独特性质，设计和制造了具有不同尺寸、形状和材料的金属纳米粒子作为薄膜电池的陷光结构。不同参数的陷光结构对入射光具有不同的吸收增强作用，为了获得等离子共振的最大吸收增强效应，需要选择最理想的金属纳米粒子材料，并进一步地优化金属纳米粒子结构的尺寸、周期等物理参数。2.2.3散射增强效应研究表明，金属纳米粒子与背反射膜的散射效应同样具有增强吸收的作用，能够达到增加薄膜电池吸收的目的。当入射光（电磁波）照射太阳能电池的硅薄膜时，入射光在硅薄膜表面上的金属纳米粒子产生散射，散射光以不同角度进入薄膜吸收层，并在薄膜层内的上下表面发生多次反射，增大了入射?


本文编号：2909971