项目名称: 等离激元硅薄膜太阳电池宽光谱陷光特性研究

项目编号: No.11204276

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2013

项目学科: 物理学I

项目作者: 杨仕娥

作者单位: 郑州大学

项目金额: 25万元

中文摘要: 利用金属纳米结构表面等离激元(SP)改善薄膜太阳电池的陷光进而提高其光电转换效率,是光伏领域一个很有意义又极具挑战性的前沿研究课题。本项目拟采用有限元(FEM)数值模拟方法,系统地研究微晶硅(μc-Si:H)薄膜太阳电池的前、后表面上金属纳米颗粒的成分、尺寸、表面覆盖度及中间介电层等参数对电池光吸收的影响,详细分析各参数条件下电池在不同波段的光子吸收率、光吸收层中的电磁场分布以及电磁场各分量的相位关系等,揭示电池前、后表面上金属纳米颗粒的陷光机制;并通过模拟不同成分、不同尺寸的金属纳米颗粒交替分布对电池吸收光谱的调控作用,预言可用于μc-Si:H薄膜太阳电池的宽光谱陷光结构。本课题的研究结果将有望为薄膜太阳电池的光管理设计提供新的思路和理论依据。

中文关键词: 表面等离激元;硅基薄膜太阳电池;光吸收;金属纳米颗粒;

英文摘要: The improvement of light trapping and energy coversion efficiency of thin film solar cells using metallic nanostructures that support surface plasmons, is a promising and challeging technique in the field of photovoltaics. In this project we present a numerical study of plasmonic light trapping in microcrystalline silicon (μc-Si:H) thin film solar cells with metallic nanoparticles located on the front or on the rear surface by finite-element method (FEM). We systematically investigate the effects of nanoparticle parameters such as material, size, surface coverage and the local dielectic enviroment on the light absorption of solar cells. Spectral absorption rate, spatial distribution of electromagnetic field in the photoactive layers and the relative phase between unperturbed and scattered fields are analyzed, and physical mechanism of plasmonic light trapping in μc-Si:H thin film solar cells is discussed. In order to match to the AM1.5 spectrum, we locate different material or size nanoparticles together on the front and on the rear of solar cells to control and tune the spectral absorption of the photoactive layer. Based on our study, plasmonic nanostructure for broadband light trapping in μc-Si:H thin film solar cells is designed. The results can provide some new ideas and theoretical reference for advanced ph

英文关键词: surface;thin film silicon solar cells;light absorption;plasmonmetallic nanoparticles;

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