《納米等離激元與太陽電池中的非平衡物理過程耦合研究》是依託中國科學技術大學，由王德亮擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：納米等離激元與太陽電池中的非平衡物理過程耦合研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王德亮
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
納米表面等離激元（NSPP）及其物理效應，近10年來取得了巨大研究進展。利用其電場增強效應，可以探測單分子，解析度達到納米/亞納米水平。把金屬納米等離激元結構結合到具有連續物理過程的光電器件中，目前遇到了嚴峻挑戰。本項目結合申請人光電器件研究基礎，提出如下研究內容和方案: （1）研究等離激元與物質的超強耦合效應。製備懸空單晶粒層光電薄膜，研究不同等離激元激發模式與載流子產生和輸運耦合，研究實現寬光譜吸收的等離激元結構；（2）採用納米等離激元集成的CdTe多層薄膜電池結構，調控光吸收層的費米能級，研究光生載流子輸運過程。通過測量巨觀的電池參量，即開路電壓，研究載流子在不同NSPP光局域/傳播模式下的輸運；（3）在原子/分子水平上，研究CdTe太陽電池的不穩定性。利用納米等離激元研究單原子層Cu在P-N 結處的擴散。利用敏感表面晶格振動模式，探測不同電場分布下對雜質Cu原子擴散的影響。
結題摘要
在本基金資助下，我們利用納米表面等離基元拉曼散射增強效應，從原子分子尺度上對CdTe薄膜太陽電池薄膜材料即CdTe和CdS的晶格振動、激子-聲子耦合以及電池P-型摻雜雜質原子擴散等進行了深入研究，對新型CdTe薄膜太陽電池及其內部載流子輸運過程進行了研究。取得的成果主要為：（1）利用納米等離激元增強效應，定量地研究了Cu在CdTe薄膜中的擴散；Cu是CdTe薄膜電池P-型摻雜和實現歐姆接觸的有效摻雜材料，其在CdTe薄膜中的擴散是該電池的重要基礎問題之一；（2）利用納米等離激元拉曼增強效應，觀測到了CdTe和CdS薄膜的強烈的表面振動模式，並研究了這兩類材料聲子的非簡諧效應；（3）通過對CdTe生長條件和表面成分的分析，發現了氣-液-固生長機制在近空間升華法製備CdTe過程中的機製作用，並製備了高質量的CdTe薄膜及高轉換效率CdTe太陽電池；（4）製備了具有新型背接觸結構的高轉換效率CdTe太陽電池，並研究了載流子在背電極處的傳輸機理及電池的穩定性；（5）在電池前電極處加入了不連續的高阻層SnO2薄膜，發現其能對FTO/CdS/CdTe界面處的漏電通道起到有效的阻擋作用；對比研究了不同前電極高阻層材料對電池內部載流子傳輸的影響；（6）研究了CdTe太陽電池的弱光性能，並與單晶GaAs電池進行了對比研究，發現CdTe電池的弱光性能受到串並聯電阻的影響較嚴重，這主要與CdTe材料本身電阻、背接觸勢壘電阻以及晶粒晶界較多有關。我們還發現空間電荷限制電流在CdTe太陽電池中是普遍存在的，受其影響，CdTe電池的漏電電流增大，填充因子降低，效率下降。 通過本項目的實施，我們共發表了標註有本基金的學術論文19篇，其中高影響論文（二區及以上論文）13篇，申請專利6項，其中3項已獲得授權，可以說我們高質量地完成了本基金課題。期間共有20名研究生全部或部分得到本基金的資助完成或者即將完成碩、博論文工作，其中有6人/次研究生獲得中國科技大學的研究生光華獎學金、求是獎學金、研究生課題資助及優秀研究生畢業生等榮譽稱號。
