[00144644]金属表面等离激元在非晶硅薄膜太阳能电池中的应用及作用机理

硅薄膜电池的光电转换效率仍然较低,硅薄膜材料的光吸收效率低是导致电池效率低的主要原因。项目内容来源于宁波市自然科学基金,在高效率的非晶硅薄膜太阳电池的设计中必须考虑红光和近红外光的俘获问题,增加薄膜对这部分光的有效吸收,充分利用太阳能的全光谱,对提高电池的光电转换效率有着十分重要的作用。本项目通过宁波市自然科学基金项目的资助,主要完成了以下内容： （1）利用磁控溅射法制备了金属核壳结构,通过调节金属核壳的厚度调节金属表面等离激元的共振波长,已经掌握了共振波长在600－1500nm范围内的银核壳的制备条件 （2）将金属核壳结构沉积于非晶硅薄膜表面,通过金属表面等离子体的光俘获作用,提高了非晶硅薄膜在近红外范围内的光吸收效率,实验和理论研究发现,核壳结构的内外径比、核壳结构的填充比以及非晶硅薄膜的厚度对非晶硅薄膜的光吸收效率有较大影响,当核壳结构填充比达0.8以上,大尺寸的金属核壳结构可显著提高非晶硅薄膜的光吸收效率。实验结果发现当核壳结构的尺寸为[200,250]nm时,填充比为0.8时,非晶硅薄膜的吸收可大幅提高,其中在950nm附近的近红外区域光吸收可提高7倍,全太阳光谱范围内的光电转换效率可提高17％。 （3）项目通过FDTD模拟仿真了金属核壳耦合结构附近的光场分布,结果表明,在450nm之前,由于银核壳的欧姆吸收,光吸收有少量损失。在710nm附近,由于银核壳的表面等离子共振散射效率较大,金属结构的作用类似于光学天线,将更多的光耦合进入非晶硅薄膜,提高了非晶硅薄膜在该波段的光吸收效率。在950nm附近,由于银核壳阵列中局域表面等离共振的模式耦合作用形成了floquet模式,导致核壳阵列附近的电磁场在该波段的显著提高,大大提高了位于近场的非晶硅薄膜内的光吸收效率。 （4）项目研究结果共发表期刊论文3篇,其中3篇均被SCI检索,技术指标达到,体现在文章中。 （5）申请发明专利1项。正在积极改进技术的成本问题,以便推广应用。