背部球型Ag纳米粒子对提高硅薄膜太阳能电池光吸收特性的研究

发布时间：2018-09-01 05:34

【摘要】：现如今金属纳米粒子在太阳能电池中单晶硅薄膜太阳能电池的应用越来越广泛,利用这种新型的电池结构,金属纳米粒子增强等离子体的局域共振效应,因为利用金属纳米粒子作用产生了表面等离子体的振荡,可得到宽光谱光的吸收和有效光能的转换,进而更高效的增强有源介质吸收,大大的改善了太阳能电池转换的效率。本文是用单晶硅作为太阳能电池的基底结构,球型Ag纳米粒子放置在太阳能电池的背面,利用有限时域差分法对比各项因素对太阳能吸收效率的研究,例如直径分别为80nm、100nm、120nm时,硅基底长和宽为2μm,厚度为800nm时,当直径为120nm,周期为100nm是最大增益因子g=1.22;及正面放置直径为120nm的时候,光吸收增益G与背面放置Ag纳米粒子的对比,可以看出在达到最大增益的周期较比背面时较慢。随后,分别加入Si3N4和SiO2钝化层对比光增益的比较,通过模拟可以得出Si3N4比SiO2的折射率高,所以折射率高的钝化层达到的光增益也要高,光当Si3N4厚度为8nm时达到最大增益1.173较比Si O2要高;又分别模拟不同钝化层和不加入钝化层的情况下对比散射截面,可以得出加入钝化层的散射截面发生了红移,加入钝化层由散射产生等离子体激元效应,长波长处散射多从而达到增大光的吸收,因为Si3N4比SiO2的折射率要高,发生红移也要明显。
[Abstract]:Nowadays, metal nanoparticles are more and more widely used in solar cells with monocrystalline silicon thin film. With this new structure, metal nanoparticles enhance the local resonance effect of plasma. Because the surface plasma oscillation is produced by the action of metal nanoparticles, the absorption of wide spectrum light and the conversion of effective light energy can be obtained, and then the absorption of active medium is enhanced more efficiently, which greatly improves the conversion efficiency of solar cells. In this paper, monocrystalline silicon is used as the substrate of the solar cell, and the spherical Ag nanoparticles are placed on the back of the solar cell. The solar energy absorption efficiency is compared by using the finite-difference time-domain method, for example, when the diameter of the solar cell is 80 nm or 100 nm, When the length and width of silicon substrate is 2 渭 m, the thickness is 800nm, when the diameter is 120 nm, the period of 100nm is the maximum gain factor gn 1.22, and the front placement diameter is 120nm, the optical absorption gain G is compared with the Ag nanoparticles placed on the back. It can be seen that the period of maximum gain is slower than that of the back. Then, by adding Si3N4 and SiO2 passivating layer to compare the optical gain, we can get that the refractive index of Si3N4 is higher than that of SiO2, so the passivating layer with high refractive index can achieve higher optical gain. When the Si3N4 thickness is 8nm, the maximum gain of 1.173 is higher than that of Si O2, and the red shift of the scattering cross section of the passivated layer can be obtained by simulating the different passivating layers and comparing the scattering cross sections with and without the passivation layer respectively. The addition of passivation layer produces plasmon effect by scattering, and the long wave strong scattering can increase the absorption of light, because the refractive index of Si3N4 is higher than that of SiO2, and the red shift is also obvious.
【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

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本文编号：2216253