Chế Tạo Giao Diện Plasmonic Từ Hạt Nano Ag Nhúng Trong Al:ZnO Nhằm Tăng Cường Bẫy Ánh Sáng Cho Các Tấm Pin Mặt Trời Mỏng

Plasmonics - Tập 8 - Trang 1485-1492 - 2013
Hisham Nasser1,2, Zaki M. Saleh1,3, Engin Özkol1,4, Mete Günoven1,2, Alpan Bek1,5, Raşit Turan1,5
1Center for Solar Energy Research and Applications (GÜNAM), Middle East Technical University, Ankara, Turkey
2Micro and Nanotechnology Program of Graduate School of Natural and Applied Sciences, Middle East Technical University, Ankara, Turkey
3On leave of absence at GÜNAM from the Arab American University-Jenin, Jenin, Palestine
4Department of Chemical Engineering, Middle East Technical University, Ankara, Turkey
5Department of Physics, Middle East Technical University, Ankara, Turkey

Tóm tắt

Hiệu suất chuyển đổi photon sự cố của các vật liệu hấp thụ ở hai bên của một mô-đun pin mặt trời mỏng có thể được cải thiện bằng cách tích hợp một giao diện plasmonic. Các hạt nano bạc là một ứng viên tốt có thể được tích hợp vào pin mặt trời mỏng để bẫy ánh sáng hiệu quả. Mục tiêu của công trình này là chế tạo một giao diện hoạt động plasmonic bao gồm các hạt nano Ag được nhúng trong Al:ZnO, có tiềm năng được sử dụng tại mặt trước và ở mặt phản xạ phía sau của pin mặt trời mỏng nhằm tăng cường bẫy ánh sáng và nâng cao hiệu suất quang chuyển đổi. Chúng tôi chỉ ra rằng Ag có thể dễ dàng khô bề mặt Al:ZnO khi được ủ ở nhiệt độ thấp hơn nhiều so với điểm nóng chảy của Ag, điều này có lợi cho việc giảm ngân sách nhiệt và chi phí trong chế tạo pin mặt trời. Chúng tôi phát hiện ra rằng giao diện như vậy được chế tạo bằng kỹ thuật khô đơn giản dẫn đến cộng hưởng plasmonic trong vùng khả kiến và gần hồng ngoại của phổ ánh sáng mặt trời, điều này rất quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất chuyển đổi của các tấm pin mặt trời mỏng.

Từ khóa

#pin mặt trời #hạt nano bạc #Al:ZnO #giao diện plasmonic #hiệu suất quang chuyển đổi

Tài liệu tham khảo

Staebler DL, Wronski CR (1977) Reversible conductivity changes in discharge–produced amorphous Si. Appl Phys Lett 31:292 Smirnov V, Reynolds S, Finger F, Carius R, Main C (2006) Metastable effects in silicon thin films: atmospheric adsorption and light-induced degradation. J Non-Cryst Solids 352:1075–1078 Atrel A C, García-Etxarri A, Alaeian H, Dionne JA (2012) Toward high-efficiency solar upconversion with plasmonic nanostructures, J. Opt. 14 024008 Kupich M, Grunsky D, Kumar P, Schroder B (2004) Preparation of microcrystalline single junction and amorphous–microcrystalline tandem silicon solar cells entirely by hot-wire CVD. Sol Energy Mater Sol Cells 81:141–146 Zacharias M, Heitmann J, Scholz R, Kahler U, Schmidt M, Blasing J (2004) Size-controlled highly luminescent silicon nanocrystals: a-SiO/SiO2 superlattice approach. Appl Phys Lett 80:661–663 Di D, Perez-Wurfl I, Conibeer G, Green MA (2010) Formation and photoluminescence of Si quantum dots in SiO2/Si3N4 hybrid matrix for all-Si tandem solar cells. Sol Energy Mater Sol Cells 94:2238–2243 Nozik AJ (2002) Quantum dot solar cells. Physica E 14:115–120 Beard MC, Knutsen KP, Yu P, Luther JM, Song Q, Metzger WK, Ellingson RJ, Nozik AJ (2007) Multiple exciton generation in colloidal silicon nanocrystals. Nano Lett 7(8):2506–2512 Gangopadhyay U, Kim K, Mangalaraj D, Yi J (2004) Low cost CBD ZnS antireflection coating on large area commercial mono-crystalline silicon solar cells. Appl Surf Sci 230:364–370 Soderstromn K, Haug FJ, Escarre J, Pahud C, Biron R, Ballif C (2011) Highly reflective nanotextured sputtered silver back reflector for flexible high-efficiency n–i–p thin-film silicon solar cells. Sol Energy Mater Sol Cells 95:3585–3591 Ghannam MY, Abouelsaood AA, Alomar AS, Poortmans J (2010) Analysis of thin-film silicon solar cells with plasma textured front surface and multi-layer porous silicon back reflector. Sol Energy Mater Sol Cells 94:850–856 Fleischer K, Arca E, Shvets IV (2012) Improving solar cell efficiency with optically optimized TCO layers. Sol Energy Mater Sol Cells 101:262–269 Pillai S, Green MA (2010) Plasmonics for photovoltaic applications. Sol Energy Mater Sol Cells 94:1481–1486 Trupke T, Green MA, Wurfel P (2002) Improving solar cell efficiencies by up-conversion of sub-bandgap light. J Appl Phys 92:4117 Aberle AG (2001) Overview on SiN surface passivation of crystalline silicon solar cells. Sol Energy Mater Sol Cells 65:239–248 Bohren CF, Huffman DR (2004) Absorption and scattering of light by small particles. Wiley, Weinheim Mirin NA, Halas NJ (2009) Light-bending nanoparticles. Nano Lett 9:1255–9 Wang C, Fang J, Jin Y, Cheng M (2011) Fabrication and surface-enhanced Raman scattering (SERS) of Ag/Au bimetallic films on Si substrates. Appl Surf Sci 258:1144–1148 Kreibig U, Vollmer M (1995) Optical properties of metal clusters. Springer, Berlin Lahoz F, Perez-Rodrıguez C, Hernandez SE, Martın IR, Lavın V, Rodrıguez-Mendoza UR (2011) Upconversion mechanisms in rare-earth doped glasses to improve the efficiency of silicon solar cells. Sol Energy Mater Sol Cells 95:1671–1677 Aubry A, Lei DY, Fernandez-Dominguez AI, Sonnefraud Y, Maier SA, Pendry JB (2010) Plasmonic light-harvesting devices over the whole visible spectrum. Nano Lett 10:2574–9 Guler U, Turan R (2010) Effect of particle properties and light polarization on the plasmonic resonances in metallic nanoparticles. Opt Express 18:17322–17338 Beck FJ, Polman A, Catchpole KR (2009) Tunable light-trapping for solar cells using localized surface plasmons. J Appl Phys 105:114310 Atwater HA, Polman A (2010) Plasmonics for improved photovoltaic devices. Nature Mater 9:205–13 Gupta R, Dyer J, Weimer WA (2002) Preparation and characterization of surface plasmon resonance tunable gold and silver films. J Appl Phys 92:5264–71 Suzuki Y, Ojima Y, Fukui Y, Fazyia H, Sagisaka K (2007) Postannealing temperature dependence of infrared absorption enhancement of polymer on evaporated silver films. Thin Solid Films 515:3073–8 Temple TL, Mahanama GDK, Reehal HS, Bagnall DM (2009) Influence of localized surface plasmon excitation in silver nanoparticles on the performance of silicon solar cells. Sol Energy Mater Sol Cells 93:1978–1985 Heilman A (2003) Polymer films with embedded metal nanoparticles. Springer, Berlin Stuart HR, Hall DG (1998) Island size effects in nanoparticles enhanced photo detectors. Appl Phys Lett 73:3815–7 Pillai S, Catchpole KR, Trupke T, Green MA (2007) Surface plasmon enhanced silicon solar cells. J Appl Phys 101:093105 Moulin E, Sukmanowski J, Luo P, Carius R, Royer FX, Stiebig H (2008) Improved light absorption in thin-film silicon solar cells by integration of silver nanoparticles. J Non-Cryst Solids 354:2488–91 Xiao SF, Hu WY, Yang JY (2005) Melting behaviors of nanocrystalline Ag. J Phys Chem B109:20339