嵌入金属纳米颗粒提高晶硅薄膜太阳能电池吸收率

作者：肖亮; 朱群志^*

来源：光散射学报, 2020, 32(03): 266-273.

DOI：10.13883/j.issn1004-5929.202003011

• 薄膜太阳能电池
• 金属纳米颗粒
• LSPR
• 吸收率
• FDTD

本文提出了一种在晶硅薄膜太阳能电池Si层中嵌入金属纳米颗粒的结构,通过控制金属纳米颗粒的形状、材料以及间距等因素,利用金属纳米颗粒表面激发出的局域表面等离激元共振效应(LSPR)提高晶硅薄膜太阳能电池对光的吸收。使用微纳光学仿真软件(FDTD)对不同条件下的Si层吸收率以及光生电子密度分布进行了仿真研究。研究发现,相较于未嵌入纳米颗粒的薄膜太阳能电池,当嵌入球形Ag纳米颗粒时,Si层吸收率在0.8～1.1μm波段范围内有显著的提高,整体吸收率比未嵌入纳米颗粒Si层吸收率提高了23.1%,光生电子密度在纳米颗粒周围显著升高。嵌入Ag、Au、Cu、Al四种纳米颗粒的情况下,在0.45～1.1μm波段范围内,吸收率曲线均出现波动,且嵌入Al纳米颗粒时可以激发出更宽波段范围内的吸收峰,当Al纳米颗粒存在时Si层的光生电子密度整体分布最好。在对两个Al纳米颗粒间距T为0.1μm、0.15μm和0.2μm三种情况的分析中,当波段在0.45～0.75μm波段范围内时,T为0.1μm时吸收率表现较好;而在0.9μm和1.0μm波段附近T=0.15μm时会激发出更宽的吸收峰,且高于T为0.1μm和0.2μm时的吸收率,Si层上部区域整体光生电子密度更高。

• 出版日期2020
• 单位上海电力大学