Ag纳米蛾膜结构阵列对薄膜硅太阳能电池光吸收的影响

设计了一种带有Ag纳米蛾膜结构阵列的薄膜硅太阳能电池背反射器.采用时域有限差分(FDTD)法,系统仿真研究了Ag纳米蛾膜阵列的底部直径、高度、阵列周期常数对薄膜硅太阳能电池光吸收的影响.仿真结果表明,Ag纳米蛾膜结构最佳结构参数为:d=60 nm,a=120 nm,h =100 nm.吸收光谱表明带有Ag纳米蛾膜结构的薄膜硅太阳能电池可有效增加700～ 1200 nm波段范围的光,同带有Ag层的薄膜硅太阳能电池相比,光吸收平均增强53.8;,这是因为Si/Ag界面产生表面等离子体共振现象所致.     

基于银纳米颗粒的PCF SERS传感器优化设计

为充分发挥表面增强拉曼散射(SERS)光子晶体光纤(PCF)传感器的应用价值,对实芯PCF的结构、银纳米颗粒结构参数对传感性能的影响进行研究与对比,据此设计出适用于PCFSERS传感的实芯PCF以及银纳米颗粒的形状、大小、间距等参数.经数值计算,入射波长为785 nm时,设计的实芯六孔PCF模场面积可达25.8 μm2,并能够实现单模传输.而半径为38 nm的银纳米球,间距为0.7nm时能够产生最大的SERS增强因子.研究证明,设计的实芯PCF在785 nm输入波长下能够提供理想的活性面积,银纳米颗粒的形状、尺寸、间距对SERS性能影响严重,而且与入射波长有很强的依赖关系.     

水热条件对合成WO3纳米棒形貌和光吸收特性的影响

以钨酸钠为原料,硫酸钾为辅助盐,在强酸性反应体系通过水热法合成了WO3纳米棒.利用XRD,SEM,TEM和SAED等对产物进行了表征,结果表明:在水热体系中合成WO3纳米棒时,增加pH值、升高反应温度和延长反应时间,都有利于合成WO3纳米棒.在pH值为1.5、反应温度为240℃和反应时间72h下合成直径小于100nm的WO3纳米棒,此WO3米棒直径分布较均匀.对不同条件下合成的WO3进行紫外-可见光的吸收光谱分析可知,随着pH值的增加、反应温度的升高和反应时间的延长,获得的WO3样品的光吸收能力逐渐增加.     

γ-AlOOH纳米棒的水热法合成及其光吸收特性

以1 mol/LAlCl3为铝源和1 mol NaOH为沉淀剂,利用水热法在180℃、48 h和pH值为9条件下合成了长度大于300 nm和直径约8nm的γ-AlOOH纳米棒.水热法合成试样的物相、形貌和光吸收特性分别被X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(TEM)和紫外可见分光光度计(UV-VlS)表征.研究结果表明:水热法所合成试样的物相均为γ-AlOOH.随着反应温度和pH值的增加,它们都有利于合成长径比大的γ-AlOOH纳米棒.对不同条件下水热法合成γ-AlOOH纳米棒进行紫外可见光的吸收光谱(UV-VIS)分析可得,随着反应温度的升高和pH值的增加,获得γ-AlOOH纳米棒的光吸收能力逐渐是增加的.特别是长径比大的γ-AlOOH纳米棒具有良好的光吸收能力.     

辅助剂对合成WO3纳米棒形貌和光吸收特性的影响

以六氯化钨为原料,以乙二醇、尿素为辅助剂,在酸性反应体系通过醇热法合成了纳米氧化钨.利用XRD、SEM对产物进行了表征,结果表明:控制乙二醇及尿素的加入量,可获得不同形貌的纳米氧化钨.对不同条件下合成的WO3进行紫外可见光光谱分析可知,当反应体系加入乙二醇和尿素,纳米氧化钨的紫外吸收不同程度的减弱,单独加入乙二醇吸收峰发生蓝移,两者同时加入时吸收峰也发生蓝移.     

纳米球和核壳纳米球对有机太阳能电池光吸收增强效果的研究

研究了SiO2纳米球、Ag纳米球、SiO2@Ag核壳纳米球、Ag@SiO2核壳纳米球结构分别掺杂到有机太阳能电池的活性层中对器件活性层的光捕获能力增强作用.结果显示:相较于等效的平板结构,掺杂SiO2介质球使活性层光吸收提高了9.95;;Ag金属球则带来11.0;光吸收增强.表明在有机太阳能电池中的活性层中掺杂参数优化的金属球和介质球都能够带来活性层光吸收增强.另外,对活性层中掺杂核壳纳米球结构的研究表明:掺杂SiO2@Ag核壳纳米球的活性层光吸收随着包覆层厚度的增加而增加,当Ag壳厚度为16 nm时,增强效果与掺杂最优的介质球的效果接近,而且两者增强谱也基本相同;掺杂Ag@SiO2核壳纳米球结构中活性层光吸收随着介质包覆层厚度增加而减弱,当包覆层厚度为1 nm时,吸收效果与金属球相当,且吸收谱也是基本相同.通过在有机太阳能电池活性层中掺杂介质球、金属球以及核壳纳米球所带来的活性层光吸收增强效果的研究,为选择掺杂纳米球和核/壳纳米球来提高光捕获能力提供了指导.     

晶体硅表面Ag纳米颗粒形貌控制及其对黑硅性能的影响

采用湿法化学法在太阳能级Si(100)表面沉积Ag纳米颗粒,并对Ag颗粒进行了退火处理.利用扫描电子显微镜研究了不同沉积时间及退火工艺对硅片表面Ag纳米颗粒形貌的影响规律.在此基础上采用退火前后的Ag纳米颗粒辅助化学腐蚀法制备了黑硅减反射结构,并用扫描电子显微镜观察了所制备黑硅的微结构,用紫外-可见分光光度计研究了所制备黑硅的反射率.研究表明,制备的Ag颗粒为不规则片状结构,并且随Ag沉积时间的延长,Ag颗粒逐渐长大.通过对样品退火处理,Ag颗粒收缩成球状纳米颗粒.利用未退火的Ag颗粒制备的黑硅呈不规则纳米线状微结构,在300 ～ 1100 nm范围内平均反射率为2.7;;而利用退火后球状Ag纳米颗粒制备的黑硅则呈多孔状微结构,同样波长范围内平均反射率为14.2;.     

银纳米立方颗粒表面等离子激元增强β-NaYF4∶Er3+,Yb3+上转换的研究

分别采用化学还原法和共沉淀法合成银纳米立方颗粒和β-NaYF4∶Er3+,Yb3+上转换纳米发光材料.银纳米立方颗粒的表面等离子共振吸收宽带位于370 ～750 nm.在油酸溶液体系中,实现了银纳米立方颗粒对上转换纳米材料荧光的表面等离子激元增强,研究了银纳米立方颗粒的掺杂浓度对上转换红光和绿光发射的影响.当银纳米立方颗粒掺杂浓度为2.0;时,对β-NaYF4∶Er3+,Yb3+上转换发光增强达到最大.红光和绿光上转换发射对应的最大增强因子分别为1.97和1.79.     

真空中脉冲激光烧蚀制备银纳米晶粒在水平衬底上的分布特性

在室温、真空环境中,通过XeCl准分子脉冲激光烧蚀银靶,烧蚀产物沉积在水平放置的Si(111)衬底上.利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪、探针式表面轮廓(PTSP)仪和选区电子衍射(SAED)对沉积所得的样品进行表征.结果表明,样品主要由具有不同尺寸的银纳米晶粒组成;随着衬底与靶面水平距离的增加,样品厚度和晶粒尺寸逐渐减小;样品的(111)和(200)晶面的XRD特征谱线强度,随着衬底位置的改变而变化.在增加激光能量密度、衬底与烧蚀焦点垂直距离的情况下,晶粒尺寸及样品XRD特征谱线变化规律并未发生明显变化.结合银纳米晶粒传输特性和沉积样品沿不同晶面生长所需表面能的差异,对实验结果进行了分析.     

基于掺杂二氧化硅包覆银纳米球的有机太阳能电池光吸收提高的研究

虽然介质包覆的金属纳米颗粒已经在试验中频繁应用到太阳能电池中,通过减少金属表面激子的猝灭和电荷的复合来提高电池性能.但是基本没有理论研究工作去解释金属颗粒的介质包覆层是如何影响器件的光学性能.本文从理论计算角度研究了二氧化硅包覆银纳米球掺杂在有机太阳能电池活性层中对活性层的光捕获的影响.研究结果表明在垂直入射的条件下,在350 nm到850 nm的波段内,加入包覆Ag纳米球的最优器件的活性层对标准太阳光谱(AM 1.5)积分后的光吸收率达到81.5;.与等效的平板结构相比,活性层的光吸收增强了9.54;.具体的场分布的分析得到光吸收增强原因主要是偶极共振、表面等离激元激发以及之间的相互耦合作用所致.经过对结构参数的研究,发现了介质包覆层越薄,增强效果越明显;包覆的介质层的折射率对光吸收性能的影响不是很明显.     

P型微晶硅氧薄膜光电性能研究

本工作采用甚高频等离子体化学气相沉积(VHF-PECVD)技术制备了P型微晶硅氧窗口层薄膜,讨论了P型微晶硅氧的光电特性随硼烷掺杂率的变化.采用紫外-可见透射光谱,拉曼光谱,傅立叶变换红外吸收光谱(FTIR),暗电导测量对薄膜的光电特性进行了表征.结果表明,P型微晶硅氧材料均表现为微晶态,随着硼烷掺杂率增加,晶化程度逐步降低,暗电导率快速减小,光学带隙持续降低.该结果可归因于硼烷掺杂的增加抑制晶化使得非晶成分增多,有效掺杂率降低导致薄膜电导率下降,另一方面,对硅氧物相分离的阻碍作用导致薄膜带隙下降.硼烷掺杂率为0.4;样品的电导率高达0.158 S/cm且光学带隙为2.2 eV,兼具高透射性和良好电导率,可作为高效硅基太阳电池的窗口层.     

衬底温度对氢化非晶硅薄膜特性的影响

采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)系统,以乙硅烷和氢气为气源,石英玻璃和单晶硅片为衬底制备了氢化非晶硅(a-Si∶ H)薄膜.采用扫描电子显微镜、X-射线衍射仪、台阶仪、紫外可见分光光度计、傅里叶变换红外光谱仪和电子能谱仪等分别表征了a-Si∶H薄膜的表面形貌、结晶特性、沉积速率,光学带隙,键合结构和Si化合态等特性.结果表明:随着衬底温度的增加,a-Si∶H薄膜表面的颗粒尺寸减小,均匀性增加,沉积速率则逐渐降低;衬底温度从80℃增加到130℃时,光学带隙显著增加,而在130℃至230℃范围内,光学带隙基本不随衬底温度变化;以SiH键对应的伸缩振动的相对峰强度逐渐增加,而以SiH2或(SiH2)n键对应的伸缩振动的相对强度逐渐减小;a-Si∶H薄膜中Si0+态的相对含量增加.因此,衬底温度大于130℃有利于制备优质a-Si∶H薄膜,230℃是沉积a-Si∶H薄膜的最佳衬底温度.     

电场辅助铝诱导晶化非晶硅薄膜

以氢气稀释的硅烷和氢气为反应气体,利用PECVD法先在玻璃衬底上生长非晶硅薄膜,然后利用磁控溅射法在非晶硅薄膜上镀制铝膜,最后将镀有铝膜的非晶硅薄膜样品置于快速热处理炉中,在外加电场辅助条件下,在氮气气氛下对薄膜样品进行退火制备多晶硅薄膜.本论文研究了不同外加电场强度和退火时间对非晶硅薄膜晶化的影响.利用XRD、SEM和Raman等测试方法对薄膜样品的晶相结构、表面形貌和晶化程度进行了表征.实验结果表明,在外加横向电场辅助铝诱导晶化的条件下,非晶硅薄膜在500 ℃低温下成功地转化成多晶硅薄膜,并且随着横向电场强度的增大以及退火时间的延长,薄膜的晶化程度增强,晶粒尺寸增大.     

ITO/BZO复合薄膜制备及在非晶硅薄膜太阳能电池的应用

采用低压化学气相沉积(LPCVD)法在沉积ITO薄膜的玻璃衬底上制备了硼掺杂氧化锌(BZO)薄膜,研究了ITO缓冲层对ITO/BZO复合薄膜表观形貌、导电性能和光学性能的影响;并研究了ITO/BZO薄膜在非晶硅薄膜太阳能电池的应用.结果表明,以ITO作为缓冲层来沉积BZO薄膜,有利于BZO晶粒尺寸的长大,并可以显著提高BZO薄膜的导电能力.ITO/BZO复合薄膜具有相对较高的导电能力和光学透光率,应用在非晶硅薄膜太阳能电池时转化效率提高0.20;.     

磁控溅射制备非晶硅薄膜的均匀性及光学吸收特性研究

利用射频磁控溅射镀膜技术,采用不同的衬底温度及射频功率在玻璃衬底上制备了非晶硅薄膜;利用X射线衍射仪、拉曼(Raman)散射仪、台阶仪、紫外-可见光-近红外分光光度计及SPSS统计分析方法研究了衬底温度及射频功率对薄膜均匀性及其光学吸收特性的影响.结果表明:衬底温度从150℃增加到200℃,薄膜的生长速率加快、均匀性降低、光学吸收强度增加,从200℃再增加到250℃,薄膜的生长速率降低、均匀性下降、光学吸收强度减弱;射频功率从90W增加到100 W,薄膜的生长速率加快、均匀性增加、光学吸收强度增加,从100 W再增加到110 W,则薄膜的生长速率降低,均匀性降低、光学吸收强度降低;获得了优化的非晶硅薄膜的制备工艺:射频功率100W,衬底温度200℃.     

微晶硅薄膜表面粗糙度的演化过程分析

采用射频等离子体化学气相沉积(RF-PECVD)方法制备了沉积时间系列的微晶硅薄膜.采用椭圆偏振光谱仪(SE)和原子力显微镜(AFM)表征薄膜表面粗糙度,分析了表面粗糙度随沉积时间的演化行为.讨论了这两种测量手段在分析薄膜表面粗糙度时的差异.结果表明,采用SE拟合得到的表面粗糙度数值要大于采用AFM直接测量得到的结果.产生差异的原因,一是由于两种测量手段的测量机制不同;二是由于薄膜的结构不均匀导致薄膜表面形貌差异.另外,还发现这两种测量手段得到的表面粗糙度数值之间存在线性关系.     

晶体硅金字塔绒面结构圆化对其光反射率和非晶硅薄膜钝化效果的影响

(001)晶体硅金字塔绒面结构圆化有提高光反射率与提高非晶硅薄膜钝化效果的相互矛盾的双重作用,定量了解它们对优化非晶硅/晶体硅异质结太阳电池的绒面结构圆化程度很有必要.本文以表面粗糙度Rz相对下降百分数定量表征晶体硅衬底表面金字塔绒面结构圆化程度DR,研究了DR值对等离子体化学气相沉积氢化本征非晶硅薄膜钝化效果的改善作用,发现除圆化初期效果异常高以外,二者之间基本呈线性正比关系;相对改善作用随钝化膜变薄而显著提高.同时测定了DR值对金字塔绒面光反射率的影响,发现反射率基本随DR值线性增大.典型结果为:6;绒面结构圆化程度下,金字塔绒面的光反射率绝对值提高3;;其表面7 nm厚的氢化本征非晶硅薄膜可达到使硅片少数载流子寿命相对未圆化绒面样品提高260;.     

柔性衬底非晶硅薄膜太阳电池量子效率的研究

量子效率是太阳电池对光的吸收能力的评定标准之一.本文通过对柔性衬底倒结构n-I-p非晶硅薄膜太阳电池量子效率的测量,同时结合本征材料吸收特性,讨论了衬底温度和反应压强对太阳电池量子效率的影响.结果表明:本征非晶硅薄膜的吸收特性是影响太阳电池量子效率的主要因素,同时光生载流子在本征层和界面处的复合也会对太阳电池的量子效率有所影响.经过反应条件优化得到了转换效率为5.67;的聚酰亚胺衬底太阳电池.     

硅薄膜晶化机制的光学分析

采用拉曼光谱和分光光度计等测试手段,对快速光热过程(RTP)和常规炉过程(CFP)退火后的硅薄膜结构性能和光学性能进行了研究。用Avrami-Mehl-Johnson和Monte Carlo晶体生长模型和黑体辐射理论分析得出,RTP法退火温度低、速度快的原因,是RTP中不仅存在“光量子效应”,而且还存在“光热相长效应”。由光学带隙的计算得知,RTP退火法可使带隙约为1.7eV的非晶硅薄膜变为带隙约为1.28eV的微晶硅薄膜,说明RTP退火达到了较好的结晶效果。