银纳米颗粒陷光结构增强多晶硅薄膜太阳电池光吸收研究

发布时间：2017-11-09 06:04

  本文关键词：银纳米颗粒陷光结构增强多晶硅薄膜太阳电池光吸收研究

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【摘要】：源于其良好的电学性能及较低的成本,多晶硅薄膜太阳电池近年来备受关注。但由于薄膜太阳电池有效光学吸收与载流子收集的矛盾,即太阳电池厚度的设计必须在保证载流子有效收集的基础上尽可能多吸收入射光,使得适用于薄膜类太阳电池的新型陷光结构的研究成为近年来的研究热点。本论文主要采用磁控溅射结合原位退火或快速热退火两种方式,分别在玻璃和单晶硅(Si)上制备了Ag纳米颗粒,研究不同退火方式、薄膜厚度及退火温度对Ag纳米颗粒形貌及光学性能的影响,获得了具有较好性能的Ag纳米颗粒制备工艺。进而将Ag纳米颗粒作为多晶硅薄膜太阳电池的陷光结构,结合Mie理论研究了贵金属纳米颗粒对太阳电池电学性能的影响。实验得到的主要成果如下：1、采用磁控溅射结合原位退火的方式(升温速率为0.33℃/s)制备了Ag纳米颗粒,利用扫描电子显微镜(SEM)对样品表面形貌进行了表征,发现原位退火方式制备的Ag纳米颗粒粒径分布范围宽,且存在大量粒径小于50 nm的Ag颗粒。紫外-可见分光光度计(UV-VIS)研究发现,随着Ag纳米颗粒平均粒径的增大,消光峰位发生明显红移,其消光谱的半高宽最高可达250 nm。2、采用Mie理论研究发现,粒径小于50 nm的Ag颗粒,其光学性质主要以自身吸收为主,如纳米颗粒尺寸为50 nm时,在300～1100 nm范围内,其自身吸收仍高于50%,颗粒尺寸为20nm时,自身吸收高达95%以上。理论计算表明,通过消除小粒径Ag纳米颗粒,可有效提高样品的光学散射性能。因此,在Ag纳米颗粒陷光结构的制备中,消除小粒径纳米颗粒至关重要；3、采用磁控溅射结合快速热退火的方式(升温速率为100℃/s)制备了Ag纳米颗粒。样品形貌表征发现,金属纳米颗粒的粒径分布呈现高斯分布,快速升温方式可有效消除小粒径的纳米颗粒,且平均粒径随着Ag膜的厚度增大而逐渐增大。通过优化退火方式,样品消光峰强最高可达63%,消光峰位在418～460 nm范围内可调。4、在石墨衬底上,先后制备ZnO过渡层、多晶硅籽晶层、多晶硅太阳电池有源区及Ag纳米颗粒陷光结构。研究发现,相对于未沉积纳米颗粒的太阳电池而言,Ag纳米颗粒可有效提高薄膜太阳电池的光学吸收性能,其中短路电流的相对增强可达到10.7%。
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4

【参考文献】

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本文编号：1160581