利用纳米颗粒团簇的局域表面等离子体效应提升超薄硅太阳能电池的光电流

摘要： 簇状等离子体纳米结构被用于调控超薄硅太阳能电池内部的入射光。本研究首次采用时域有限差分（FDTD）方法，模拟了球形、锥形、金字塔形和圆柱形纳米粒子以团簇形式分布于薄硅电池背面的情况。通过计算光学吸收进而推算光电流，结果表明纳米粒子团簇能显著提升性能。这种光电流增强源于纳米粒子团簇的等离子体效应。为进行对比，首先评估了仅在背面设置单个纳米粒子的电池，随后在其周围布置四个更小的纳米粒子形成团簇。使用锥形、球形、金字塔形、圆柱形纳米粒子团簇的电池分别获得20.478、23.186、21.427和21.243 mA/cm2的光电流值；而背面仅设置单个对应形状纳米粒子的电池光电流分别为13.987、16.901、16.507和17.926 mA/cm2。由此可见团簇结构显著提升了光电流。最后计算了所提结构的电场分布和载流子产生率。