金属纳米颗粒,尤其是贵金属纳米粒子,已广泛地应用于光学、电子、生物、工业催化等众多领域。众所周知,由于金属纳米粒子独特的局域表面等离子体共振效应(Localized surface plasmonic resonance,LSPR)。金属纳米粒子具有将更多光子捕获到太阳电池中的巨大潜力。在入射光激发下,金属原子自由电子云的聚集振荡可以激发LSPR,从而表现为光学和电磁场的增强,并主要取决于金属纳米颗粒的尺寸,形状,排列情况和介电环境。近年来,本课题组研发的金属催化化学刻蚀技术(Metal-catalyzed chemical etching,MCCE)已在金刚线切(multi-wire slurry sawn,MWSS)多晶硅太阳电池生产中得到了大规模应用;在此基础上,进一步优化MCCE技术并复合纳米金属等离激元效应,对提高晶硅太阳电池性能具有十分重要的意义。本论文的主要研究如下:首先,基于MCCE黑硅技术,在硅片表面制备出微纳绒面结构(开口尺寸800-1100 nm、高度500-700 nm);并采用热蒸发技术将银纳米颗粒(Ag-NPs)沉积到硅片,通过沉积时间、热处理温度等参数的优化,实现了对Ag-NPs形貌、间距以及薄膜光学性能的调控。其次,瞄准全尺寸多晶硅太阳电池(156×156×0.180 mm3,电阻率为1-3Ω.cm)的应用,将Ag-NPs阵列嵌入硅太阳电池表面SiNx钝化层中。通过控制Ag-NPs银颗粒的形貌、平均粒径以及在SiNx钝化层的深度等参数,探究了各参数对电池光学和电学性能的影响。实验结果表明,当Ag-NPs阵列深度为25 nm时,最优沉积时间40 s条件下,硅电池光电转换效率从18.05%提升至18.25%,开路电压从623.2 mV提升至 627.6 mV。最后,建立了 Si/SiNx/Ag-NPs复合结构的物理模型,并应用Comsol 4.3a商用软件模拟其LSPR效应。结果显示:在350nm-550nm波段显示出紫外共振吸收,在550 nm-1100 nm显示出长波散射增强效应,模拟结果与实验结论基本吻合,从而为后续的实验优化提供了指导。综上所述,Ag-NPs的LSPR效应能够提升传统的晶硅太阳电池的性能。一方面,在Ag-NPs等离子体共振频率附近,电池在短波会有一定的光学损失,但由于短波光主要在表面吸收并复合,间接地降低了表面复合,电池的开路电压与填充因子会有提升;另一方面,Ag-NPs的前向散射效应,导致长波段硅电池光吸收的增强;总体上,电池的光电性能得到提升。本文所提出的技术能够很容易地应用到现有的硅太阳电池生产线中,具有广阔的应用前景。