单晶硅电池表面金纳米颗粒的生长与作用

摘要

随着能源问题的日益严峻，太阳能电池的研发和产业化得到快速发展，新的材料，新的结构，新的工艺层出不穷。虽然太阳能电池发电拥有广阔的发展前景，但是目前由太阳能电池转化太阳能所获得的电能相比于传统能源仍然缺乏竞争优势。要使太阳能电池的大规模使用需要进一步降低太阳能电池的制作成本，提高太阳能电池的效率。
　　降低太阳能电池的光学损失，通过表面修饰使更多光子进入太阳能电池内部是提高太阳能电池效率的重要途径。目前市场上硅太阳能电池普遍采用表面织构和制备减反射膜的办法，可以在此基础上优化纳米陷光结构进一步提高太阳能电池的效率。在硅电池表面蒸镀一层金薄膜，快速退火热处理后固态脱湿制备出金纳米颗粒，耦合太阳光形成表面等离子体，能够有效地降低电池表面太阳光的反射。
　　本学位论文首先确定了金薄膜在平面衬底表面的脱湿演化，并在此基础上对非平面的硅太阳能电池表面的脱湿进行了系统分析。研究了硅电池表面金纳米颗粒的退火形成机理，分析了其形貌、直径大小与薄膜厚度，退火温度的关系，深入分析其成型机理。通过光学测试确定了通过退火条件和薄膜沉积等不同条件的控制，可以很大程度上改变金纳米结构的光学性质，在非平面的硅太阳能电池表面的脱湿过程中，当金膜比较厚的时候，观察到了从均相脱湿到旋节线脱湿的演化。另外，相比平面衬底，硅太阳能电池表面的微米结构对脱湿具有较大影响，并通过动力学进行了分析，在硅金字塔结构的顶部和底部存在不同的脱湿情况，该现象有利于研究太阳能电池的宽谱或者全谱陷光结构。
　　通过溶液直接滴加沉积和热脱湿方法的比较。实现金纳米颗粒与硅太阳能电池的有效结合，通过分析热处理对电池自身的影响和有金薄膜沉积之后的影响，并基于实验过程，用FDTD solutions光学仿真软件对电池表面的金纳米颗粒增强光吸收过程进行了理论计算，研究发现热处理脱湿金薄膜获得的金纳米颗粒可以对硅太阳能电池实现效率增强。

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第一章 绪论

1.1 研究工作的背景与意义

1.2 太阳能电池陷光结构研究进展

1.3 本文主要内容、论文结构安排以及创新

第二章 研究的理论基础

2.1 太阳能电池相关理论

2.2 固态脱湿

2.3表面等离激元

2.4 表面等离激元在太阳能电池中的应用

2.5 时域有限差分法简介

2.6 本章小结

第三章 实验内容与方法

3.1 样品的制备

3.2 样品性能表征

3.3本章小结

第四章 金纳米球在硅太阳能电池表面的制备与研究

4.1 基于固态脱湿的金纳米颗粒在平面衬底的自组装

4.3 基于固态脱湿的金纳米颗粒在硅电池表面的自组装

4.4本章小结

第五章 基于金纳米颗粒等离激元增强硅太阳能电池

5.1 溶液金纳米颗粒沉积对硅电池性能的影响

5.2表面等离子体激元增强的硅太阳能电池的优化和实验实现

5.4 硅太阳能电池表面金颗粒的光学仿真

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

在校期间取得的研究成果