本文選題：雜化太陽能電池 + 表面等離子體效應(yīng)��； 參考：《蘇州大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：有機無機雜化太陽電池因其能夠結(jié)合無機材料高穩(wěn)定性,高載流子遷移率和有機材料低成本,制備簡單,能帶可調(diào)等優(yōu)勢,有望在未來光伏產(chǎn)業(yè)中扮演重要角色。其中,有機硅基雜化電池,近五年來其發(fā)展速度迅速,最高光電轉(zhuǎn)換效率已超過17%。對于這類雜化電池,為了減少入射光的反射,提高吸光效率,主要通過將平面硅片刻蝕為硅納米結(jié)構(gòu)或者引入氮化硅等減反層。但是,硅納米結(jié)構(gòu)的制備相對復(fù)雜,而且表面納米結(jié)構(gòu)化增加了硅的表面積,會引入更多的缺陷態(tài),載流子的表面復(fù)合速率比較高。而減反層的制備一般是用等離子體增強化學(xué)氣相沉積,這種成膜方法會對有機層造成損傷,從而影響電池性能。這些問題促使研究人員不斷開發(fā)新的光俘獲技術(shù),于是在納光子學(xué)和光伏兩個交叉領(lǐng)域出現(xiàn)了利用金屬納米結(jié)構(gòu)的表面等離子體增強效應(yīng)來提升太陽電池的光俘獲性能這一研究熱點。在這里我們引入了具有納米結(jié)構(gòu)的金屬,探索了金屬納米結(jié)構(gòu)的表面等離子體共振效應(yīng)對有機無機雜化太陽能電池的影響�；谏鲜龅乃悸�,全文主要內(nèi)容如下:第一章主要介紹了太陽能電池的研究背景,簡單概述了表面等離子子體的基本原理,以及其在太陽能電池領(lǐng)域的應(yīng)用。第二章介紹了不同粒徑的金納米顆粒,沉積在雜化太陽能電池有機層中,研究其對電池性能的影響。金納米顆粒的等離子體效應(yīng)受尺寸、形狀、環(huán)境介質(zhì)和濃度等影響,因此本論文探究了20 nm,40 nm和80 nm三種粒徑的金納米顆粒,通過時域有限差分法對其在不同介質(zhì)中的光學(xué)性能進行了理論分析,研究了在雜化太陽能電池中光學(xué)性能。第三章介紹了氧化石墨烯金納米顆粒復(fù)合物摻雜對雜化電池的影響。我們?yōu)榱颂岣呓鸺{米顆粒的分散性,引入了氧化石墨烯作為模板,解決了金納米顆粒在高濃度下發(fā)生團聚的問題。對單獨氧化石墨烯摻雜的器件和氧化石墨烯金納米顆粒復(fù)合物摻雜的器件進行對比分析,探究其光俘獲和近場增強效應(yīng)在電池中的應(yīng)用。第四章探討了金納米棒表面等離子體共振特性對有機-無機雜化太陽能電池性能的改善。硅的帶隙為1.12 eV,波長大于1200 nm的光很難被硅吸收利用,于是合成了高長徑比的金納米棒,其縱向共振吸收峰在近紅外波段,引入熱電子注入機制,即當(dāng)金納米棒與入射光發(fā)生共振耦合,金納米棒表面的自由電子激發(fā),當(dāng)熱電子能量高于金棒與硅形成的肖特基勢壘時,熱電子便會注入到硅中,形成光電流,從而增加電池對太陽光譜中的近紅外光的充分利用。
[Abstract]:Organic and inorganic hybrid solar cells are expected to play an important role in the future photovoltaic industry due to their advantages such as high stability of inorganic materials, high carrier mobility, low cost of organic materials, simple preparation and adjustable ability.The organic silicon hybrid battery has developed rapidly in the past five years, and the highest photoelectric conversion efficiency has exceeded 17.For this kind of hybrid cells, in order to reduce the reflection of incident light and improve the absorption efficiency, the plane silicon wafer is etched into silicon nanostructure or silicon nitride antireflection layer is introduced.However, the preparation of silicon nanostructures is relatively complex, and the surface nanostructure increases the surface area of silicon, leading to the introduction of more defect states, and the surface recombination rate of carriers is relatively high.The antireflection layer is usually prepared by plasma enhanced chemical vapor deposition, which will damage the organic layer and affect the performance of the battery.These problems have prompted researchers to develop new light-trapping technologies,Therefore, in the field of nanophotonics and photovoltaics, there is a research focus on how to improve the phototrapping performance of solar cells by using the surface plasma enhancement effect of metal nanostructures.The influence of surface plasmon resonance (SPR) of metal nanostructures on organic-inorganic hybrid solar cells was investigated.Based on the above ideas, the main contents of this paper are as follows: in chapter 1, the research background of solar cells is introduced, and the basic principle of surface plasma subbody and its application in solar cell field are briefly summarized.In chapter 2, gold nanoparticles with different sizes were deposited in the organic layer of hybrid solar cells. The effect of gold nanoparticles on the performance of hybrid solar cells was studied.The plasma effect of gold nanoparticles is influenced by size, shape, environmental medium and concentration.The optical properties of the hybrid solar cells in different media are theoretically analyzed by the finite-difference time-domain method (FDTD), and the optical properties in hybrid solar cells are studied.In chapter 3, the effect of graphene oxide gold nanoparticles doping on hybrid batteries is introduced.In order to improve the dispersion of gold nanoparticles, graphene oxide was introduced as a template to solve the agglomeration of gold nanoparticles at high concentration.The phototrapping and near-field enhancement effects of graphene oxide doped devices and graphene oxide gold nanoparticles doped devices were compared and analyzed.In chapter 4, the surface plasmon resonance (SPR) of gold nanorods is discussed to improve the performance of organic-inorganic hybrid solar cells.The band gap of silicon is 1.12 EV, and it is very difficult for silicon to absorb the light with wavelength greater than 1200 nm. Therefore, gold nanorods with high aspect ratio have been synthesized. The longitudinal resonance absorption peak of gold nanorods is in the near infrared band, and the hot electron injection mechanism is introduced.That is, when the gold nanorods are resonantly coupled with the incident light and the free electrons on the surface of the gold nanorods are excited, when the hot electron energy is higher than the Schottky barrier formed between the gold rods and the silicon, the hot electrons will be injected into the silicon to form photocurrent.Thus, the full utilization of near-infrared light in the solar spectrum can be increased by the battery.
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1;TM914.4

【共引文獻】

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本文編號：1759241