ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА В ПЛЕНКАХ ПОЛИВИНИЛБУТЕРАЛЯ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ КРЕМНИЕВЫХ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

  • О. В. Девицкий Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук
  • А. А. Кравцов Инженерный институт СКФУ
  • И. А. Сысоев Инженерный институт СКФУ
Ключевые слова: Функциональные покрытия, плазмонный резонанс, спектральные характеристики, солнечные элементы, наночастицы серебра, поливинилбутераль

Аннотация

Наиболее простым и эффективным способом, позволяющим модифицировать ха-рактеристики солнечных элементов является использование функциональных покрытий. Они позволяют увеличить эффективность солнечных элементов без модификации конст-рукции и изменения технологии их производства. Наиболее перспективным может быть применение многофункциональных покрытий, которые одновременно сочетали бы в себе свойства антиотражающих покрытий и позволяли расширить спектральную чувстви-тельность и повысить квантовый выход солнечных элементов. Такие функциональные покрытия могут быть созданы на основе полимерных пленок с металлическими наноча-стицами. Металлические наночастицы серебра являются перспективными для применения в функциональных покрытиях для кремниевых солнечных элементов, поскольку они могут образовывать поверхностные плазмоны, которые в свою очередь могут создавать колеба-ния поверхностной плотности заряда на границе раздела с диэлектрической полимерной пленкой. Таким образом, функциональное покрытие, представляющее собой полимерной пленку с распределенными в ней наночастицами серебра, которая может объединить в себе защитную функцию, антиотражающий эффект полимерной пленки поливинилбути-раля и плазмонный эффект наночастиц серебра, что позволит в конечном счете улучшить характеристики солнечного элемента. В настоящей работе на поверхности солнечных элементов были получены пленки поливинилбутираля с наночастицами серебра и изучен эффект данного функционального покрытия на характеристики кремниевого солнечного элемента. Цель работы — исследование влияния функциональных покрытий на основе по-ливинилбутираля с наночастицами серебра на спектральные характеристики кремниевых солнечных элементов. В работе представлены спектральные зависимости внешнего кван-тового выхода кремниевого солнечного элемента при различных концентрациях наноча-стиц серебра в пленке поливинилбутираля. Установлено, что наибольшие значения внешне-го квантового выхода солнечного элемента (на 22,3 % больше чем у солнечного элемента без функционального покрытия) в спектральном диапазоне 540−1040 нм зафиксированы при концентрации наночастиц серебра в пленкообразующем растворе 7 ммоль/л.

Литература

1. Worrell, E. Energy at the crossroads: global perspectives and uncertainties, Ecological Eco-nomics, 2005, Vol. 52 (1), pp. 128-129.
2. Rumyantsev V.D., Davidyuk N.Yu., Chekalin A.V., Malevskiy D.A., Panchak A.N., Sadchikov N.A., Andreev V.M., Luque A. Evaluation of the PV Cell Operation Temperature in the Process of Fast Switching to Open-Circuit Mode, IEEE Journal of Photovoltaics, 2005, Vol 5, No. 6, pp. 1715-1721.
3. Schattiger F., Bauer D., Demsar J., Dekorsy T., Kleinbauer J., Sutter D.H., Puustinen J., Guina M. Characterization of InGaAs and InGaAsN semiconductor saturable absorber mirrors for high-power mode-locked thin-disk lasers, Appl. Phys. B, 2012, Vol. 106, No. 3, pp. 605-612.
4. Luque A., Panchak A., Ramiro I., Linares P.G., Mellor A., Antolin E., Vlasov A., Andreev V., Marti A. Quantum Dot Parameters Determination From Quantum-Efficiency Measurements, IEEE Journal of Photovoltaics, 2015, Vol 5, No. 4, pp. 1074-1078.
5. Mintairov M.A., Kalyuzhnyy N.A., Evstropov V.V., Lantratov V.M., Mintairov S.A., Shvarts M.Z., Andreev V.M., Luque A. The segmental approximation in multijunction solar cells, IEEE Journal of Photovoltaics, 2005, Vol 5, No. 4, pp. 1229-1234.
6. Levin R.V., Marichev A.E., Marukhina E.P., Shvarts M.Z., Pushnyi B.V., Khvostikov V.P., Mizerov M.N., Andreev V.M. Photovoltaic converters of concentrated sunlight, based on InGaAsP(1.0 eV)/InP heterostructures, Semiconductors, 2015, Vol. 49, No. 5, pp. 700-703.
7. Wang P.H., Theuring M., Vehse M., Steenhoff V., Agert C., Brolo A.G. Light trapping in a-Si:H thin film solar cells using silver nanostructures, AIP Advances, 2017, No. 7 (015019).
8. Wang P.H., Nowak R.E., Geißendorfer S., Vehse M., Reininghaus N., Sergeev O., von Maydell K., Brolo, Agert C. Cost-effective nanostructured thin-film solar cell with enhanced absorp-tion, Appl. Phys. Lett., 2014, Vol. 106 (183106).
9. Hsu C.-M., Battaglia C., Pahud C., Ruan Z., Haug F.-J., Fan S., Ballif C., Cui Y. High-efficiency amorphous silicon solar cell on a periodic nanocone back reflector, Advanced Ener-gy Materials, 2012, No. 2, pp. 628-633.
10. Sai H., Saito, Hozuki N., Kondo M. Relationship between the cell thickness and the optimum period of textured back reflectors in thin-film microcrystalline silicon solar cells, Appl. Phys. Lett., 2013, Vol. 102 (053509).
11. Davidenko N.A., Davidenko I.I., Kokozay V.N., Studzinsky S L., Petrusenko S.R., Plyuta N.I. Photovoltaic properties of film composites of polyvinyl butyral and a cu/ca heterometallic complex, Journal of Applied Spectroscopy, 2015, Vol. 82, No. 5, pp. 750-754.
12. Davidenko N.A., Kokozay V.N., Davidenko I.I., Buvailo H.I., Makhankova V.G., Studzinsky S.L. Photoconducting characteristics of films of polyvinylbutyral/hetero-polyoxometalate composite, Theoretical and Experimental Chemistry, 2015, Vol. 52, No. 1, pp. 10-15.
13. Huang Lee-May Hsu, Sam Hsien-Yi Lai, Ray-Chien Lin, Fu-Ming Peng, Cheng-Yu Yeh, Fang-Yao. Physical Properties of EVA and PVB Encapsulant Materials for Thin Film Photovoltaic Module Applications. Conference: 23rd EUPVSEC, At Valencia, Spain. September 2008.
14. Lunin L.S., Lunina M.L., Kravtsov A.A., Sysoev I.A., Blinov A.V., Pashchenko A.S. Vliyanie kontsentratsii nanochastits serebra v funktsional'nykh pokrytiyakh TiO2−Ag na kharakteristiki fotopreobrazovateley GaInP/GaAs/Ge [Influence of concentration of silver nanoparticles in TiO2−Ag functional coatings on characteristics of GaInP/GaAs/Ge photoconverters], Fizika i tekhnika poluprovodnikov [Physics and technology of semiconductors], 2018, Vol. 52, No. 8, pp. 860-864.
15. Nakamura J. Development of Heterojunction Back Contact Si Solar Cells, Extended Abstracts of the 2014 International Conference on Solid State Devices and Materials, Tsukuba, 2018, pp. 758-759.
16. Becker J. Light-scattering and absorption of nanoparticles (Chapter 2), Plasmons as Sensors. Berlin. Springer, 2012, pp. 5-38.
17. Boren K., Khafmen D. Pogloshchenie i rasseyanie sveta malymi chastitsami [Absorption and scattering of light by small particles]: transl. from engl. Moscow: Mir, 1986, 664 p.
18. Atwater H., Polman A. Plasmonics for improved photovoltaic devices, Nature Materials, 2010, Vol. 9, pp. 3-11.
19. Muhlschlegel P., Eisler H.J., Martin O.J.F., Hecht B., Pohl D. Resonant optical antennas, Science, 2005, Vol. 308, pp. 1607-1609.
20. Ditlbacher H., Krenn J.R., Schider G., Leitner A., Aussenegg F.R. Two-dimensional optics with surface plasmon polaritons, Applied Physics Letters, 2002, Vol. 81(10), pp. 1762-1764.
21. Kirkengen M., Bergli J., Galperin Y.M. Direct generation of charge carriers in c-Si solar cells due to embedded nanoparticles, Journal of Applied Physics, 2007, Vol. 102, Issue 9 (093713).
Опубликован
2020-01-23
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ IV. НАНОТЕХНОЛОГИИ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ