CdS/Au NP/CdTe等离激元共振太阳能电池的制备与特性研究

【摘要】：CdS/CdTe太阳能电池，由于制备技术相对简单且成熟、性价比较高和便于大面积生产等优点，现在已经投入生产；但是目前仍面临效率较低、性能不稳定等缺点，所以人们正尝试一些新技术对CdS/CdTe太阳能电池的特性进行改善。 纳米粒子中的局域表面等离子体共振（LSPR）是一种重要的近场光学效应，它可以实现局域电磁场的强烈增强，多用于生物检测等领域，目前其在太阳能电池领域的应用也受到广泛关注。发生表面等离子共振时，材料对光的吸收增高，从而为实现高效的光电转换提供了可能途径。所以，把表面等离子体共振技术应用到薄膜太阳能电池中来提高太阳能电池对光的吸收是一个新的研究方向。但目前该方向的研究多集中于理论研究和等离子体共振增强硅太阳电池的研究，而对于把金纳米颗粒制备在CdS/CdTe异质结太阳能电池中间形成CdS/Au NP/CdTe等离激元共振太阳能电池的研究目前尚没有报道。CdS/AuNP/CdTe等离激元共振太阳能电池的研究主要集中于讨论金属纳米颗粒对于光生电流的增强效应，这对提高太阳能电池的性能至关重要，对太阳能产业的发展也有着非常重要的意义。 本文对CdS/Au NP/CdTe和CdS/Au NP/Porous Si等离激元共振太阳能电池的制备、性能和相应的理论做了系统的分析和研究。具体如下： （1）叙述了薄膜太阳能电池和相应的材料的在国内外的发展现状，介绍表面等离子体共振技术和CdS/Au NP/CdTe等离激元共振太阳能电池的研究进展及状况。 （2）介绍了等离激元共振太阳能电池的基本构造和工作原理并用AFORS-HET软件对太阳能电池的特性进行了模拟，介绍了纳米薄膜和纳米颗粒各自的特性以及制备方法。 （3）系统的分析了CdS纳米薄膜、金纳米粒子、CdTe薄膜、多孔硅和CdS/CdTe、CdS/Au NP/CdTe、CdS/Porous SI、CdS/Au NP/Porous Si太阳能电池的制备方法和过程。 （4）系统的研究了退火温度对CdS纳米薄膜吸收边的影响以及退火温度和喷金时间对金纳米颗粒等离子共振频率的影响和相应的机理。 （5）对CdS/CdTe、CdS/Au NP/CdTe、CdS/Porous Si、CdS/Au NP/PorousSi太阳能电池的光电特性分别进行研究，分析等离子体共振技术对太阳能电池性能的影响和相应的机理。 研究表明：金纳米粒子的存在可以提高CdS/CdTe和CdS/Porous Si异质结太阳电池的光电流；采用湿化学方法制备的CdS/CdTe和CdS/Porous Si异质结太阳电池光生电压可与理论模拟相比拟，但是光电流相对较低，主要原因是膜层结晶质量差、复合中心过多、光生载流子寿命太短。本论文提出了提高等离激元共振CdS/CdTe和CdS/Porous Si异质结太阳电池性能的可行方案。 【关键词】：等离激元共振太阳能电池 硫化镉 碲化镉 多孔硅 金纳米颗粒 AFORS-HET
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义10-12
• 1.1.1 等离激元共振太阳能电池的研究11-12
• 1.2 国内外研究现状12-13
• 1.3 表面等离子体共振技术与应用13-14
• 1.4 本论文的主要研究内容14-15
• 第2章 等离激元共振太阳能电池15-35
• 2.1 表面等离子体共振技术15-19
• 2.1.1 传统表面等离子体共振技术15-18
• 2.1.2 局域表面等离子体共振技术18-19
• 2.2 太阳能电池的光电特性19-29
• 2.2.1 太阳能电池等效电路21-22
• 2.2.2 太阳能电池主要参数22-25
• 2.2.3 太阳能电池光学特性25-26
• 2.2.4 CdS/Au NP/CdTe 等离激元共振太阳能电池26-29
• 2.3 太阳能电池的实验模拟29-32
• 2.3.1 CdS/CdTe 太阳能电池的实验模拟29-31
• 2.3.2 CdS/Porous Si 太阳能电池的实验模拟31-32
• 2.4 纳米技术与应用32-34
• 2.4.1 纳米颗粒32-33
• 2.4.2 纳米薄膜33-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 CdS/Au NP/CdTe 太阳能电池的制备35-46
• 3.1 CdS 纳米薄膜的制备35-39
• 3.1.1 化学水浴法35-37
• 3.1.2 电沉积法37-39
• 3.2 Au 纳米颗粒的制备39-40
• 3.3 CdTe 纳米薄膜的制备40-42
• 3.4 CdS/CdTe 太阳能的制备42-44
• 3.5 CdS/Au NP/CdTe 等离激元共振太阳能电池的制备44-45
• 3.6 本章小结45-46
• 第4章 CdS/Au NP/Porous Si 等离激元共振太阳能电池的制备46-51
• 4.1 Porous Si 的制备46-48
• 4.2 CdS/Porous Si 太阳能电池的制备48-50
• 4.3 CdS/Au NP/Porous Si 太阳能电池的制备50
• 4.4 本章小结50-51
• 第5章 CdS/Au NP/CdTe 等离激元共振太阳能电池光电特性的研究51-69
• 5.1 CdS 纳米薄膜的光学特性的研究51-54
• 5.2 CdS/Au NP 等离激元共振特性的研究54-59
• 5.3 CdS/CdTe 太阳能电池光电特性的研究59-62
• 5.4 CdS/Au NP/CdTe 太阳能电池的光电特性62-64
• 5.5 CdS/Porous Si 太阳能电池的光电特性64-66
• 5.6 CdS/Au NP/Porous Si 太阳能电池的光电特性66-67
• 5.7 几种太阳能电池性能的分析67-68
• 5.8 本章小结68-69
• 结论69-71
• 参考文献71-76
• 致谢76

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