纳米颗粒局域表面等离激元共振的光谱特性研究进展

LSPR与以往的SPR相比,具有独特的光学特性,在紫外-可见光区域表现强吸收作用的光学响应,且在温度,生物以及化学等传感器领域做出了比较独特的研究。通过对LSPR在传感器领域已有成果的论述,将这些内容呈现给读者。     

金属表面等离激元增强聚合物太阳电池

研究了Au纳米颗粒表面等离激元增强聚噻吩(P3HT)与富勒烯衍生物(PCBM)共混体系聚合物太阳电池的光电转换效率。Au纳米颗粒表面由双十烷基二甲基溴化铵(DDAB)修饰,能够均匀分散在活性层中。研究了Au纳米颗粒的质量分数对电池性能的影响,发现质量分数为1.2%时,电池性能最佳,转换效率高达3.76%,较未掺杂的参比电池相对提高约20%。掺入Au纳米颗粒后P3HT和PCBM共混膜光吸收显著增强,从而使电池外量子效率大大增加。电池效率的提升主要归结于Au纳米颗粒表面等离激元激发所引起的近场增强。     

表面等离子体激元增强薄膜太阳电池研究进展

表面等离子体激元共振是金属纳米结构非常独特的光学特性,对基于表面等离子体激元共振的纳米结构体系的研究已形成了一门新兴的学科,即表面等离子体光子学。可以利用金属纳米颗粒光散射、近场增强以及高度局域的表面等离子体极化激元增强薄膜太阳电池光吸收,提高电池转换效率。当前,表面等离子体光子学应用于太阳电池的设计已成为国际上光伏研究迅猛发展的一个热点。文章主要介绍表面等离子体激元增强薄膜太阳电池光吸收的原理及其在光伏器件中应用的最新研究进展。     

基于表面等离激元共振效应及表面钝化提高异质结太阳电池效率的研究

基于硅纳米孔(SiNHs)/银纳米颗粒(AgNPs)纳米复合薄膜制备了无机/有机物混合太阳电池,并且研究它们的光吸收谱和光电转换等性能.SiNHs/AgNPs纳米复合薄膜利用金属辅助化学刻蚀方法获得,然后在制备好的薄膜上旋涂一层有机聚合物PEDOT∶PSS作为空穴传输层.从光吸收谱可以看出,有AgNPs的纳米复合薄膜有明显的吸收峰,并且在短波区域,相比于没有AgNPs的纳米复合薄膜,整体的吸收有较大的提高.同时,有AgNPs的太阳电池的短路电流密度和外量子效率均有明显的提高.尤其在对纳米复合薄膜表面进行钝化处理后,该混合异质结太阳电池的光电转换效率最高可达到5.5％.认为,这主要是由于AgNPs的局域表面等离激元共振效应和钝化减少纳米复合薄膜表面缺陷等原因使电池的性能有较大的提高.     

等离激元纳米杯的研究进展

等离激元纳米杯因其结构的非对称分布,显示出独特的电场磁场分布调制、光弯曲、强光散射和高光热转换效率等特性,其制备方法和多领域应用都获得了广泛研究。综述了等离激元纳米杯特别是金纳米杯的制备方法,包括基于微纳加工的物理制备方法和湿化学合成方法,分析对比了各种制备方法的优缺点及适用领域。介绍了等离激元纳米杯的光物理学特性,包括等离激元共振模式、吸收散射光谱特性和电场磁场特性,着重展示了纳米杯参数调谐特性。总结了等离激元纳米杯在光电器件和生物医学等领域的重要应用。最后对等离激元纳米杯的发展趋势与挑战进行了展望。     

复合结构的等离激元模式耦合关系及光学特性研究

提出一种以Au为材料的正方形框和中空圆柱嵌套的亚波长周期性复合结构,采用时域有限差分算法对复合结构进行数值模拟研究.研究发现,波长在400～900 nm的线偏振平面波垂直入射情况下,最小的透过率能达到7.46％,最小的半峰全宽能达到7.25 nm,最大的反射率为87.61％,最大吸收率达到38.00％,且表现出透射光谱...     

基于表面等离激元波导相位反转的可调Fano共振研究

表面等离激元是金属界面的自由电子俘获入射光波,在界面形成的一种混合激发态。表面等离激元能够突破光的衍射极限,将能量局域在金属-介质界面,基于表面等离激元原理的波导器件可以真正实现亚波长尺寸,被认为是最理想的纳米集成光路的信息载体。而Fano共振的产生,源于原子系统中一个分立的激发态能级与一个连续的激发态能级相互重叠,两个激发态之间出现了量子干涉。文章提出了基于亚波长非线性表面等离激元波导侧双齿双腔MIM(金属—介质—金属)结构。波导及齿状结构提供了一个连续态模式,而双侧腔提供了分离态模式,这两种模式发生干涉,产生了Fano共振现象。通过调节光强的大小对非线性腔进行调节,该系统实现了Fano线性发生了反转及相位反转的全关调制。     

基于表面等离激元耦合调控石墨烯点阵结构

由于石墨烯的无带隙线性能级结构,使得石墨烯等离激元具有能量局域强,响应频段宽,传播距离长,并可由偏置电压动态调控等优良特性。文章利用不受光信号的入射角和偏振方向影响的石墨烯点阵结构,结合石墨烯之间的表面等离激元耦合,通过改变底层石墨烯的费米能级,实现了石墨烯点阵结构谐振频率的调控。     

等离激元太阳能电池概述

贵金属纳米粒子的表面等离激元共振峰附近的光散射可以有效的增强薄膜太阳能电池光吸收效率.基于等离激元方法设计的太阳能电池可以很大程度上增强光吸收,并且减少太阳能电池的光吸收层厚度从而减小体积.本文针对等离激元增强太阳能电池性能的原理进行介绍,并且对其未来发展趋势进行了展望.     

提高多晶Si薄膜太阳电池转换效率的途径

多晶Si薄膜对可见光进行有效地吸收、光照稳定性好、制作成本低,被公认为是高效率和低成本的光伏器件材料。以提高多晶Si薄膜太阳电池转换效率为主线,介绍了增大晶粒尺寸以增加载流子迁移率、进行表面和体内钝化以减少复合中心、设计p-i-n结构以增加光收集效率、制作绒面结构以提高对入射光的吸收效果、改进电池结构以谋求最大效率等工艺措施;综述了近5年来多晶Si薄膜电池在材料生长、结构制备和性能参数方面取得的最新进展,并对其发展前景做了预测。     

金属纳米结构的表面等离子体激元提高有机太阳能电池光电转换效率的研究进展

介绍了应用金属纳米结构的表面等离子体激元提高有机太阳能电池效率的最新研究进展。表面等离子体激元的激发取决于纳米结构的材料、尺寸、形状、密度、和周围的电介质环境等参数。调控这些参数, 可以有效利用金属纳米结构增加有机太阳能电池活性层的光吸收, 同时金属纳米结构表面增强的电场可促进光激子解离为载流子。因此, 应用金属纳米结构的表面等离子体激元将是进一步增加有机太阳能电池的光电转换效率的重要方案。     

硅薄膜太阳电池高效陷光结构的研究

利用严格耦合波分析方法和模式传输线理论,对硅薄膜太阳电池结合DBR（Distributed Bragg Reflector,分布布拉格反射器）和衍射光栅的叠层底部背反射器结构进行了优化设计。结果表明,光栅周期、光栅厚度和光栅宽度分别为0.5λg、0.18λg、0.48λg（λg为硅的带隙波长）以及对应的DBR中心波长为0.85μm时,太阳电池对光子的总吸收最强,且总吸收的提高主要来自于对长波光子的吸收增强,提高了薄膜太阳能电池对长波光子的陷光能力。     

硅薄膜太阳电池抗反射微纳结构研究

在硅薄膜太阳电池中,灵活的光学设计可以实现表层的零反射损耗,增大吸收层中光的透射率,从而提高薄膜太阳电池的光收集能力。在薄膜太阳电池吸收层表面设计了矩形介质光栅。利用严格耦合波理论和模态传输理论研究了光栅结构参数对反射率的影响。考虑到AM1.5 G太阳能光谱和a-Si的吸收光谱,光栅参数进一步优化。由于微加工的误差,使得矩形光栅变成梯形光栅,必然会影响硅薄膜太阳电池表面反射率。研究结果表明,长周期光栅同样可以实现低反射率,在工艺上也容易实现。采用梯形光栅可进一步降低表面反射率,并且在太阳光入射角为-40°~+40°的范围内保持在6%以下。     

快速光热退火法制备多晶硅薄膜的研究

为了制备应用于太阳电池的优质多晶硅薄膜,研究了非晶硅薄膜的快速光热退火技术。先利用 PECVD 设备沉积非晶硅薄膜,然后放入快速光热退火炉中进行退火。退火前后的薄膜利用 X 射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)测试其晶体结构及表面形貌,用电导率设备测试其暗电导率。研究表明退火温度、退火时间对非晶硅薄膜的晶化都有很大的影响,光热退火前先用常规高温炉预热有助于增大多晶硅薄膜的晶粒尺寸和暗电导率。     

Investigation on Silicon Thin Film Solar Cells

The preparation,current status and trends are investigated for silicon thin film solar cells.The advantages and disadvantages of amorphous silicon thin film,polycrystalline silicon thin film and mono-crystalline silicon thin film cells are compared.The future development trends are pointed out.It is found that polycrystalline silicon thin film solar cells will be more promising for application with great potential.     

氢原子在Cat-CVD法制备多晶硅薄膜中的作用

采用钨丝催化化学气相沉积(Cat—CVD)方法制备多晶硅(p-Si)薄膜,研究氢气稀释率(FR(H2)／(FR(H2) FR(SiH4))对制备多晶硅薄膜的影响。XRD和喇曼光谱分析分别显示(111)面取向的多晶硅峰及喇曼频移为520cm^-1多晶硅峰的强度随氢气稀释率的增加而增强,由喇曼光谱计算的结晶度也有同样的趋势。通过分析测试结果得出,氢原子以表面脱氢、刻蚀弱的Si—Si键．及进入晶格内部进行深度脱氢等方式改善薄膜材料的结晶度。     

利用SiO2颗粒增强薄膜太阳能电池中硅膜对入射可见光的吸收

以正硅酸乙酯(TEOS：Tetraethoxysilane)、氨水、乙醇(EtOH：Ethyl Alcoh01)、去离子水为原料,采用溶胶-凝胶法,在普通玻璃衬底的上表面制备出一层最大粒径在400nm左右的SiO2颗粒,利用这层颗粒对可见光的散射作用,提高Si薄膜对入射可见光的吸收率。在相同的沉积条件下,分别在带有该层颗粒的玻璃和普通玻璃的E表面沉积了同样厚度的Si薄膜,制成两组样品。通过比较这两组样品在可见光波段的漫反射率和透射率以及Si薄膜样品的暗电导和定态光电导,证明该层颗粒增强了Si薄膜对入射可见光的吸收,有一定的实用前景。     

三维紧凑型半球凹坑阵列玻璃基在非晶硅薄膜电池中的应用

研究了一种紧密型半球凹坑阵列光子晶体玻璃基,并将其运用在非晶硅薄膜太阳电池结构.用FDTD方法对玻璃基进行了透射衍射场分布计算,用RCWA方法对基于此基底的非晶硅薄膜结构进行仿真优化,得到了0.6μm周期、最小基底厚度0.6μm的优化结构,与平板结构相比较0.3～0.8μm波段平均反射率降低了51.5％,平均吸收率增加了18.6％.薄膜电池结构随入射角度的增大,反射率峰值发生蓝移且明显降低,在50°～65°入射角范围内全波段具有约6％的平均反射率.