研究目的
通过在减反射涂层中嵌入铟纳米颗粒以诱导等离激元前向散射,从而提高纹理硅太阳能电池的输出功率和转换效率。
研究成果
在减反射涂层中嵌入双层铟纳米颗粒,通过等离激元前向散射显著增强光捕获效应,从而提升纹理化硅太阳能电池的转换效率和输出功率——与未添加纳米颗粒的电池相比,其日输出能量增加了53.42%。
研究不足
该研究仅限于特定尺寸和层数的纳米粒子;未涉及纳米粒子在太阳能电池中的可扩展性和长期稳定性。工业应用优化可能需要进一步研究。
1:实验设计与方法选择:
本研究通过在双层减反射涂层(SiNx/SiO2)中嵌入铟纳米颗粒(In NPs)制备了纹理化硅太阳能电池。采用拉曼散射、吸收光谱、光学反射率和外量子效率(EQE)对等离子体效应进行表征。
2:样本选择与数据来源:
使用石英衬底和硼掺杂晶体硅晶圆。通过沉积3.8、5和7纳米厚度的铟薄膜并进行快速热退火形成In NPs。
3:5和7纳米厚度的铟薄膜并进行快速热退火形成In NPs。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:设备包括用于沉积的电子束蒸发系统、快速热退火腔室、拉曼光谱仪(UniRAM)、微型光谱仪(USB4000-VIS-NIR)、扫描电子显微镜(日立S-4700)、光学反射率系统(Lambda 35)、EQE测量系统(Enli科技)以及太阳模拟器(XES-151S)。材料包括铟、SiO2、SiNx和硅晶圆。
4:0)、光学反射率系统(Lambda 35)、EQE测量系统(Enli科技)以及太阳模拟器(XES-151S)。材料包括铟、SiOSiNx和硅晶圆。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:制备过程包括清洗晶圆、表面纹理化、沉积各层、退火处理及光学电学性能测量。在0°至75°的不同入射角下进行测量。
5:数据分析方法:
采用Image-J软件进行纳米颗粒表征,通过特定公式计算反射率和EQE的加权平均值。
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Miniature spectrometer
USB4000-VIS-NIR
Ocean Optics, Inc.
Used for collecting absorbance spectra with a deuterium tungsten light source and reflective integrating sphere.
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Optical reflectance system
Lambda 35
PerkinElmer, Inc.
Used for measuring optical reflectance to assess plasmonic effects.
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Raman spectrometer
UniRAM
UniNanoTech Co.
Used for collecting Raman scattering spectra to characterize plasmonic effects.
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Scanning electron microscope
Hitachi S-4700
Hitachi High-Tech Fielding Corporation
Used for characterizing sample surfaces and cross-sections.
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External quantum efficiency measurement system
Enli Technology Co., Ltd.
Used for measuring EQE to evaluate solar cell performance.
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Solar simulator
XES-151S
San-Ei Electric Co., Ltd.
Used for illuminating solar cells under AM 1.5 G conditions for I-V measurements.
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Crystalline silicon reference cell
PVM-894
PV Measurements Inc.
Used for calibrating the solar simulator.
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