论文部分内容阅读
提高转换效率和降低成本是目前太阳能电池发展过程中面临的最大问题，也是逐步推进光伏产业化的重要进程。硅是间接带隙半导体，其近带隙光吸收较弱，传统的硅基太阳能电池已经无法满足人们对转换效率的要求。最新的研究表明，金属纳米颗粒有显著的表面等离子体共振效应，可以增强光散射，使光进入电池后的光学路径大大增加，从而增加电池的转换效率。且表面等离激元共振频率受纳米颗粒的材料、尺寸、形状、颗粒间距及周围介质等因素影响，所以可以通过调控这些参数来调节共振频率或等离激元的传播特性，借助金属纳米颗粒的等离激元特性增强电池的光吸收，设计出更加高效的太阳能电池。本文对两种纳米颗粒的表面等离激元光学特性和高效异质结太阳能电池进行研究，围绕以下几个问题展开了研究工作，取得了一些有价值的结果：1、采用磁控溅射法制备了不同条件的Ag纳米颗粒。研究发现实验参数如溅射时间和退火温度均对银粒子的形貌、尺寸和颗粒间距有影响。通过紫外-可见-红外光谱曲线说明Ag NPs具有明显的表面等离子体共振特性，且颗粒的大小、形状和间距会影响等离激元共振吸收峰位置。2、利用Mie散射理论分析了Ag NPs和Ag@Al2O3核壳纳米结构的局域表面等离激元特性，其中Ag@Al2O3粒子的内核半径在20~120nm范围内变化。数值模拟结果显示：与单一的Ag NPs相比，随着Ag@Al2O3壳层厚度的增加，核壳粒子的等离子体共振峰发生了红移。在AM1.5光照条件下用平均散射效率来表征不同纳米颗粒的散射能力。受核壳等离激元杂化和相位延迟的影响，Ag@Al2O3的平均散射效率随着壳层厚度的增加先增大后减小。对于粒径较大的颗粒，如R>100nm时，核壳结构的散射能力明显优于球形Ag NPs。3、使用AFORS-HET软件来模拟n-β-FeSi2/c-Si(p)/μc-Si(p+)异质结太阳能电池的性能，讨论了其n区和背场区的参数，及界面态对电池转换效率的影响。计算结果显示n区发射层的厚度和掺杂浓度都会影响电池的转换效率；界面态密度对电池的影响不容忽视；μc-Si背场的厚度对电池的性能基本没有影响，但是合理的背场掺杂浓度可以提高电池的转换效率。