納米結(jié)構(gòu)金表面等離子體效應(yīng)在硅基雜化太陽能電池中的應(yīng)用.pdf

1、有機(jī)無機(jī)雜化太陽電池因其能夠結(jié)合無機(jī)材料高穩(wěn)定性，高載流子遷移率和有機(jī)材料低成本，制備簡單，能帶可調(diào)等優(yōu)勢，有望在未來光伏產(chǎn)業(yè)中扮演重要角色。其中，有機(jī)硅基雜化電池，近五年來其發(fā)展速度迅速，最高光電轉(zhuǎn)換效率已超過17％。對于這類雜化電池，為了減少入射光的反射，提高吸光效率，主要通過將平面硅片刻蝕為硅納米結(jié)構(gòu)或者引入氮化硅等減反層。但是，硅納米結(jié)構(gòu)的制備相對復(fù)雜，而且表面納米結(jié)構(gòu)化增加了硅的表面積，會引入更多的缺陷態(tài)，載流子的表面復(fù)合速率

2、比較高。而減反層的制備一般是用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積，這種成膜方法會對有機(jī)層造成損傷，從而影響電池性能。這些問題促使研究人員不斷開發(fā)新的光俘獲技術(shù)，于是在納光子學(xué)和光伏兩個交叉領(lǐng)域出現(xiàn)了利用金屬納米結(jié)構(gòu)的表面等離子體增強(qiáng)效應(yīng)來提升太陽電池的光俘獲性能這一研究熱點。在這里我們引入了具有納米結(jié)構(gòu)的金屬，探索了金屬納米結(jié)構(gòu)的表面等離子體共振效應(yīng)對有機(jī)無機(jī)雜化太陽能電池的影響。
　　本研究分為四個部分：第一章主要介紹了太陽能電池的研究背

3、景，簡單概述了表面等離子子體的基本原理，以及其在太陽能電池領(lǐng)域的應(yīng)用。第二章介紹了不同粒徑的金納米顆粒，沉積在雜化太陽能電池有機(jī)層中，研究其對電池性能的影響。金納米顆粒的等離子體效應(yīng)受尺寸、形狀、環(huán)境介質(zhì)和濃度等影響，因此本論文探究了20 nm，40 nm和80 nm三種粒徑的金納米顆粒，通過時域有限差分法對其在不同介質(zhì)中的光學(xué)性能進(jìn)行了理論分析，研究了在雜化太陽能電池中光學(xué)性能。第三章介紹了氧化石墨烯金納米顆粒復(fù)合物摻雜對雜化電池的影

4、響。我們?yōu)榱颂岣呓鸺{米顆粒的分散性，引入了氧化石墨烯作為模板，解決了金納米顆粒在高濃度下發(fā)生團(tuán)聚的問題。對單獨氧化石墨烯摻雜的器件和氧化石墨烯金納米顆粒復(fù)合物摻雜的器件進(jìn)行對比分析，探究其光俘獲和近場增強(qiáng)效應(yīng)在電池中的應(yīng)用。第四章探討了金納米棒表面等離子體共振特性對有機(jī)-無機(jī)雜化太陽能電池性能的改善。硅的帶隙為1.12 eV，波長大于1200nm的光很難被硅吸收利用，于是合成了高長徑比的金納米棒，其縱向共振吸收峰在近紅外波段，引入熱電子