金屬光柵用于增強(qiáng)非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池光吸收率研究

李洪敬

（南京曉莊學(xué)院 教師教育學(xué)院，江蘇 南京211171）

引言

近年來(lái)太陽(yáng)能的利用成為能源產(chǎn)業(yè)中最受矚目的一項(xiàng)，如今越來(lái)越多的研究團(tuán)隊(duì)專注于太陽(yáng)能電池的開(kāi)發(fā)研究，其中最主要的技術(shù)包含硅晶太陽(yáng)能電池、薄膜太陽(yáng)能電池、III-V太陽(yáng)能電池與染料敏化太陽(yáng)能電池（dye-sensitized solar cell，DSSC）等。目前太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率大約在20%左右，如何充分利用太陽(yáng)能，提高電池效率是急需解決的一個(gè)重大課題。而其中提高非晶硅對(duì)太陽(yáng)光的吸收效率與縮減光電池設(shè)備的成本成為了人們研究的熱點(diǎn)。提高非晶硅光電轉(zhuǎn)換效率的主要機(jī)理是通過(guò)延長(zhǎng)光子在非晶硅中的傳播路徑，以此增加光吸收效率。研究發(fā)現(xiàn)，介電光柵、光子晶體［1－6］等微米或納米尺寸的介電結(jié)構(gòu)可以用于提高非晶硅的光電轉(zhuǎn)換效率。此外，適當(dāng)?shù)卦黾臃蔷Ч璧碾姶艌?chǎng)，可以有效地提高非晶硅的光吸收效率［7－11］。電介質(zhì)結(jié)構(gòu)由于其共振寬度非常狹窄，不能有效地增加非晶硅的電磁場(chǎng)，因此對(duì)非晶硅的光吸收效率作用不明顯。而金屬納米結(jié)構(gòu)由于其特殊的光學(xué)性能，能夠產(chǎn)生明顯增強(qiáng)非晶硅的光吸收效率。因此，我們可以利用表面等離子激元微結(jié)構(gòu)增強(qiáng)非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池材料和器件的光吸收。

太陽(yáng)能電池的光電效率轉(zhuǎn)換是一個(gè)整體效應(yīng)，影響太陽(yáng)能電池效率的內(nèi)部機(jī)制是十分復(fù)雜的，概括可分為光、電2種主要特性，光學(xué)性質(zhì)與電學(xué)性質(zhì)之間相互耦合且彼此關(guān)聯(lián)。本論文主要選擇以光學(xué)性質(zhì)作為切入點(diǎn)［12－13］，希望透過(guò)增加光捕捉效應(yīng)，來(lái)增加光子的吸收，提高光電轉(zhuǎn)換效率。……