用于提高硅基太阳电池效率的表面等离子体激元增强量子剪裁效应研究

项目名称： 用于提高硅基太阳电池效率的表面等离子体激元增强量子剪裁效应研究

项目编号： No.11274180

项目类型： 面上项目

立项/批准年度： 2013

项目学科： 数理科学和化学

项目作者： 宋峰

作者单位： 南开大学

项目金额： 90万元

中文摘要： 通过量子剪裁，得到更多的可被硅基太阳电池吸收的光子，是一个重要的研究方向，目前主要是利用双掺稀土材料（主要是Yb和另外一种稀土离子），使得蓝光被剪裁为两个红外光子。我们提出研发新型稀土多掺光学材料，能够同时对太阳光中的紫光和蓝光（简称蓝紫波段）进行量子剪裁，得到多个可被硅基太阳能电池吸收的近红外光子；并利用表面等离子体激元增强发光的原理，在所用的稀土量子剪裁材料上(而不是在硅基材料上)，通过制作金属纳米结构，在满足一定条件下，使得激发光场和辐射光场得到增强，也就是让被量子剪裁材料吸收的短波长（激发光）得到增强，另一方面，使得通过量子剪裁材料转换后的近红外光（辐射光）也被增强，最终得到更多的可被硅基太阳电池吸收的光子，提高硅基光电池对于太阳光的可见光部分的吸收率。该课题将对太阳能电池效率的提高具有重要的意义。

中文关键词： 稀土材料；量子剪裁；表面等离子体激元；发光；太阳能电池

英文摘要： It has become a critical subject to enhance the absorption of silicon substrate solar cell through quantum cutting (QC). At present, QC is mainly to convert blue photon into two near-infrared(NIR) photons with rare-earth-codoped materials (mainly Yb ions and another rare earth). We propose to prepare rare-earth multi-doped materials, which can realize UV/violet//blue-NIR QC to obtain more NIR photons absorbed by silicon substrate solar cell. Moreover, we will prepare metallic nanostructures in the QC materials (rather than silicon base) to enhance the excitation field and emission field in the QC process based on the near-field enhancement properties of surface plasmon polariton, in other words, the structure can enhance the excitation wavelength absorbed by QC materials. For another, near infrared light through QC process can also be enhanced, leading to improving absorption to the short wavelength region of sunlight. This subject is of great significance in improving conversion efficiency of the silicon-based solar cell.

英文关键词： rare earth doped materials；quantum cutting；the surface plasmon polariton；luminescence；solar cell