基于等離激元結(jié)構(gòu)柔性非晶硅薄膜太陽能電池的研究.pdf

1、全球能源危機(jī)與環(huán)境污染的問題促使太陽能光伏產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展，而促進(jìn)太陽能電池的快速推廣與應(yīng)用的主要手段是降低成本與提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。柔性非晶硅(a-Si∶H)薄膜太陽能電池輕質(zhì)、可卷曲和易攜帶的特點(diǎn)使其具有非常廣闊的應(yīng)用前景。但是超薄的光吸收層導(dǎo)致非晶硅薄膜太陽能電池具有轉(zhuǎn)換效率低的缺點(diǎn)，這就需要對(duì)其工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化或者制備新型的等離激元結(jié)構(gòu)來增強(qiáng)非晶硅薄膜的光吸收，最終達(dá)到提高電池光電轉(zhuǎn)換效率的目的。
　　首先，本文探討

2、了氧氣濃度對(duì)非晶硅薄膜電池的摻錫氧化銦(ITO)前電極厚度、電阻率和透過率的影響。結(jié)果表明:氧氣濃度主要影響ITO薄膜的電學(xué)性能，在0.21％的氧氣濃度下，薄膜的電阻率最小;而且在0.21％的氧氣濃度條件下的電池效率最高。從而確定制備前電極ITO的氧氣最優(yōu)濃度。
　　其次，基于陽極氧化鋁自組裝的方法，本文制備出周期性尺寸為～350 nm與～500 nm的半球形納米凹坑鋁襯底。結(jié)果表明:與平面電池相比較，有納米凹坑結(jié)構(gòu)的電池在整個(gè)光

3、吸收波段內(nèi)均有很明顯的光吸收增強(qiáng)，并通過有限時(shí)域差分法(FDTD)光學(xué)仿真印證了此結(jié)構(gòu)的陷光作用;最終此納米凹坑結(jié)構(gòu)使得其短路電流密度與能量轉(zhuǎn)換效率分別有29.4％與30.8％的提高，均優(yōu)于商用隨機(jī)絨面的摻氟氧化錫(FTO)導(dǎo)電玻璃。這是由于周期性的納米凹坑結(jié)構(gòu)激發(fā)了電池中表面等離激元共振效應(yīng)與光波導(dǎo)模式。另外，凹坑尺寸為500 nm的電池相較于350 nm有更好的光電轉(zhuǎn)換性能。
　　然后，本文采用簡(jiǎn)便高效的陽極氧化的方法在鋁片上

4、制備一層致密的Al2O3薄膜。Al2O3薄膜能夠有效地抑制電池背反層中的Ag薄膜與鋁襯底的相互擴(kuò)散;10nm的Al2O3薄膜使電池的能量轉(zhuǎn)換率提高了3.4％，而且這層阻擋層對(duì)電池加熱后性能的減弱有一定的抑制作用。
　　最后，本文利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)對(duì)納米凹坑鋁襯底電池進(jìn)行封裝處理，并在不同的彎曲角度與不同斜入射光角度條件下對(duì)其進(jìn)行了性能測(cè)試。結(jié)果表明:鋁襯底上的柔性非晶硅薄膜太陽能電池即使在120°的彎曲角度下，其能量轉(zhuǎn)