基于钙钛矿纳米晶的太阳能荧光集光器的陷光结构设计

来源 :南京邮电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tina_xu
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近年来面对全球不可再生资源日益短缺,价格大幅提升的社会现状,对太阳能等清洁能源的开发利用迫在眉睫。传统的太阳能电池受到光照条件的制约,且体积庞大,使用成本高昂,在一定程度上影响了太阳能电池的商用进程。针对这些问题,关于太阳能荧光集光器的研究被重新提上议程。太阳能荧光集光器由涂有或掺入荧光物质的波导结构组成,荧光物质吸收太阳能后发射更长波长的光,经过波导传输至边缘后被光伏单元转换成电能。太阳能荧光集光器可以有效增加入射到光伏单元上的光子密度,从而减少太阳能电池的覆盖面积。目前,基于钙钛矿的太阳能荧光集光器已在实验室条件下成功制备。由于钙钛矿较高的光吸收系数,高载流子迁移率,高光致发光量子产率,以及低廉的成本等优点,是极具潜力的新一代集光器材料。但对于钙钛矿基太阳能荧光集光器的结构优化缺乏系统研究。本文基于FDTD Solutions软件,在钙钛矿基太阳能荧光集光器中引入减反射结构与金属纳米结构,使太阳能荧光集光器的吸收率获得进一步的提升。本文主要研究工作如下:(1)例举了四种一维微结构阵列,对其反射率进行了仿真,通过对比不同结构之间反射率的差异,结合理论分析,总结了微结构的参数对反射率的影响,并对微结构不同截面形状的减反射能力差异进行了解释,结果表明,底边宽尺寸为300nm,高300nm以上的微结构可以取得良好的减反效果,其中截面为三角形的一维微结构阵列的减反效果最为理想。(2)对MAPb Br3体材料与纳米晶材料的光学特性进行了仿真分析,结果表明,纳米晶材料兼具透明介质材料的在可见光波段的高透过率及MAPb Br3材料在紫外波段的高吸收率,是理想的集光器光吸收薄膜的基体材料。在纳米晶薄膜表面引入了一维微结构阵列,在保留其微结构优秀减反射能力的基础上,提升了膜层内纳米晶的吸收率。在低角度入射光下,微结构的引入还使纳米晶的吸收率进一步提升。(3)在钙钛矿纳米晶薄膜和衬底之间引入银纳米线,利用银纳米线的表面等离激元共振增强了薄膜的吸收率,拓宽了吸收波段。结合表面微结构与薄膜底部的银纳米线形成复合结构,进一步提升了纳米晶材料的吸收;而在纳米线的等离激元共振峰波长处,通过表面微结构的减反特性适当补偿银纳米线的高反射率,复合结构的吸收峰可以进一步得到提升。以上仿真工作对减反射结构的设计,以及钙钛矿基发光太阳能集光器的结构优化具有一定的参考价值。
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