贵金属纳米结构改善薄膜硅太阳能电池性能的仿真
[Abstract]:The active layer thickness of thin film amorphous silicon solar cells is very small (less than 1 micron), which leads to the weak trapping light of visible light, especially red light. The band gap of amorphous silicon is 1.7 EV, which results in the energy of infrared photons being absorbed and utilized inefficiently. Up-conversion luminescent material is a kind of material which can convert infrared photons energy into visible photon energy. However, its luminous efficiency is very low under low illuminance excitation, which limits its application in thin film amorphous silicon solar cells. The surface plasmon resonance (SPR) effect of the interaction of noble metal nanostructures with incident light at a specific wavelength on the one hand forms a local near field with a field intensity several times the intensity of the original incident light near the metal. The optical absorption of amorphous silicon in local near field will be enhanced. On the other hand, the noble metal isoexcitators can modulate the up-conversion luminescence process, which is expected to effectively improve the fluorescence intensity of the up-conversion materials excited by low illuminance. In this paper, a nanocrystalline silver sphere array is designed on the face of thin film amorphous silicon solar cells. The absorption of visible light energy in AM1.5G is further improved by the scattering of incident light from silver spheres and local near field. A gold nanorod array-up-conversion material composite substrate was designed at the bottom to convert the infrared photon energy of AM1.5G transmitted to the bottom of the active layer into visible radiation for absorption and utilization by the active layer. The main work is as follows: (1) the geometric structure of the silver sphere array is optimized to maximize the light trapping effect. (2) the effect of the surface silver ball array on the electrical performance of the amorphous silicon solar cell is studied. From the angle of optical absorption and carrier separation, the cause of lifting is analyzed. (3) the interaction between gold nanorods and upconversion luminescence centers is studied. The environmental conditions of enhanced luminescence in the luminous center near gold nanorods are obtained. (4) the substrate of gold nanorods array and up-conversion material are designed, and the enhancement effect on the power output of thin film amorphous silicon cells is simulated. The feasibility of using upconversion materials in photovoltaic devices during natural light irradiation was verified.
【学位授予单位】:天津工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TM914.41
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,本文编号:2404865
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