基于背部表面等离子体对薄膜太阳能电池效率的影响
摘要：近年来薄膜太阳能电池的加工及成本低廉，使其成为研究热点，并取得了较快的发展。为了更好的改善太阳能电池的能量转化效率，最重要是增加太阳能电池的光收。基于金属纳米颗粒所产生的局域表面等离子体振荡可以增加散射横截面和近场增强的两个性质，我们通过放置在硅吸收层上的金属纳米颗粒来提高薄膜太阳能电池效率。在这篇文章中，我们设计了以硅薄膜太阳能电池为基础，应用单晶硅材料为衬底在衬底的背面覆盖一层圆柱形纳米结构银粒子，用有限时域差分方法（对粒子结构进行优化，研究表面等离子体共振对太阳能电池光吸收性的影响，计算吸收因子随纳米粒子结构参数的改变，分析背面粒子对光吸收性的重要作用。
关键词：太阳能电池； 表面等离子体； 有限时域差分法； 银纳米粒子
1、背景介绍
随着各国经济的高速发展，对能源需求越来越多，这使得非可再生资源面临着严重的缺乏，因而开发可再生资源成为人们主要的研发热点。在各种可再生资源中太阳能资源最为丰富，太阳能无疑成为我们关注的主要对象，而且太阳能不会产生有害物质，对环保方面同样有着无与伦比的优势。那么如何能将这种取之不尽用之不竭的太阳能加以利用，一直是人们研究的对象。太阳能电池是将入射光吸收进而转换成电能的装置。由于太阳能电池没有震动和噪声、不排放气体、稳定性好、几乎不需要维修、不需要添加燃料等优点，而且其应用领域也相当广泛如移动通讯用的电源，路灯，信号灯，人造卫星，家用热水器等等，因此太阳能电池被认为是本世纪最为重要的新能源之一，使得在未来的岁月中会成为科学家们研究热点。
太阳能电池按照材料厚度分类可以分为晶体桂太阳能电池和薄膜太阳能电池。晶体娃太阳能电池的厚度大约50-300微米，薄膜太阳能电池的厚度只有几微米，因此即节省了资源，又降低成本，并可以制作成柔性，大面积器件。太阳能电池按结合数量分类可以分单结合太阳能电池和多结合太阳能电池，单结合太阳能电池的转换效率一般为6%-8%，多结合太阳能电池是把特性不同的太阳能电池重叠在一起，以提高太阳能电池的整体性能，一般转换效率在10%-12%之间。太阳能电池按原理分类则分为结型太阳能电池和燃料敏化太阳能电池，目前市场上大多太阳能电池都是结型太阳能电池，燃料敏化太阳能电池的原理与结型太阳能电池的原理稍有不同。
近些年随着纳米技术兴起，科学家提出了一种增加光吸收的新方法——表面等离子体薄膜太阳能电池，该方法不仅可以增加光吸收，同时减少了物理厚度，而且不会改变其所必须的光学厚度，因此降低了电池的成本。所以为了实现更好的光电转化效率，且进一步降低薄膜太阳能电池造价的成本，就必须对薄膜太阳能电池开展持续的研究。
2、设计背面圆柱结构的目的和意义及主要研究内容
近期研究表明，对于入射光子与金属纳米材料表面的自由电子相互作用，产生表面等离子体激元，对光产生强烈的散射作用，从而增强太阳能电池对光的吸收，提高太阳能电池的效率，特别是薄膜太阳能电池。同时由于入射角度单一的入射光，经纳米微粒的散射后，会以不同的角度进入太阳能电池，增加了光在太阳能电池中的传播光程，光程的增加可以使吸收层厚度降低，从而进一步降低材料的消耗。综上所示，如何有效的利用这些性质来发展新型、高效、低成本、长寿命的太阳能光电转换器件，从而使纳米技术在太阳能电池应用上，得到更好的发展将是我们的一个挑战。
