项目名称: 自掺杂硫化亚铜纳米晶体等离激元效应及其在CIGS薄膜太阳能电池中的应用研究

项目编号: No.61504030

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 无线电电子学、电信技术

项目作者: 林涛

作者单位: 广西大学

项目金额: 18万元

中文摘要: 铜硫化合物是一类地球富集的环境友好型晶体材料,是新一代薄膜太阳能电池的基本原料。自掺杂的硫化亚铜(Cu2-xS)纳米晶体最近被发现具有类似于贵金属纳米颗粒的局域表面等离子体共振(LSPR)效应。更重要的是,与贵金属纳米颗粒不同,其共振频率能够通过阳离子空位掺杂浓度调节。由此,本项目提出对Cu2-xS纳米晶体的LSPR性质进行系统性研究,并将其用于提高铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池的光电转换效率。其根据是:Cu2-xS纳米晶体在共振条件下对入射光的散射效果和表面近场增强效应均可以被用于提高CIGS薄膜的光吸收效率。因此可以针对这两点进行参数优化,并以现有CIGS薄膜电池结构为基础构造光吸收效率经LSPR增强的电池器件。其中,可以通过调节空位掺杂浓度,使共振频率更好地匹配CIGS电池对太阳光的响应谱线。以上为未来实现高效率、低成本的光伏器件提供理论支持和实验基础。

中文关键词: 铜硫化合物;自掺杂半导体纳米晶体;局域表面等离子体共振;CIGS薄膜太阳电池

英文摘要: Copper chalcogenide is a kind of earth abundant and environment-friendly crystalline material, which is also the building block of new-generation thin film solar cells. Recently, localized surface plasmon resonance (LSPR) was found in heavily self-doped copper(I) sulfide (Cu2-xS) nanocrystals, which was previously considered only existing in noble metal nanoparticles. Furthermore, their resonant frequency, which is fixed in noble metal particles, is variable by modifying cation vacancies. Herein, we propose to systematically study the LSPR properties of Cu2-xS nanocrystals, then introduce them into high-performance CIGS thin film solar cells. The reasons are those: Cu2-xS nanocrystals are capable to acutely scatter the incident light under resonant condition; Strong near field enhancement occurs around dispersed nanocrystals as well. Both of these phenomenon arise from LSPR. So it is proposed that to take these advantages in enhancing the optical absorption of existing CIGS photovoltaic structures, by modifying the device structures with adding proper Cu2-xS components and optimizing their structural parameters related to the above two effects. In addition, the density of cation vacancies will be adjusted on purpose of optimizing the spectral overlapping between LSPR response of Cu2-xS nanocrystals and solar response of CIGS cell, and improving absorption efficiency in near infrared area. All the above proposals aim to fabricate high-performance and low-cost plasmonic CIGS thin film solar cell in the future.

英文关键词: Copper chalcogenide;Self-doped semiconductor nanocrystal;Localized surface plasmon resonance;CIGS thin film solar cell

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