Покращення фізико-технічних характеристик тонкоплівкових сонячних елементів при їх модифікації плазмонними наночастинками
| Автори | А.В. Коротун1,2, С.І. Шило1, В.І. Рева1 , І.М. Тітов1 |
| Афіліація |
1Національний університет «Запорізька політехніка», 69063 Запоріжжя, Україна 2Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, 03142 Київ, Україна |
| Е-mail | andko@zp.edu.ua |
| Випуск | Том 17, Рік 2025, Номер 1 |
| Дати | Одержано 03 січня 2025; у відредагованій формі 15 лютого 2025; опубліковано online 27 лютого 2025 |
| Цитування | А.В. Коротун, С.І. Шило, В.І. Рева, І.М. Тітов, Ж. нано- електрон. фіз. 17 № 1, 01013 (2025) |
| DOI | https://doi.org/10.21272/jnep.17(1).01013 |
| PACS Number(s) | 79.60.Bm, 84.60.Jt |
| Ключові слова | Тонкоплівковий сонячний елемент (2) , Сферична металева наночастинка, Фотострум (6) , Плазмонний резонанс (13) , Вольтамперна характеристика. |
| Анотація |
В роботі досліджується така важлива задача плазмонної фотовольтаїки як удосконалення тонкоплівкових сонячних елементів за рахунок впровадження в їх поглинаючий шар металевих наночастинок. Отримано частотні залежності посилення фотоструму, радіаційної ефективності та підсилення електричних полів в околі наночастинок, а також вираз для вольтамперної характеристики бар’єру Шотткі, що утворюється на межі металевої наночастинки і напівпровідника поглинаючого шару. Запропонована у роботі математична модель враховує всі механізми релаксації електронів у металевій наночастинці. Розрахунки були проведені для випадку наночастинок Ag і Pt, впроваджених у шари TiO2 і Si. Встановлено факт суттєвого підсилення фотоструму при зменшенні товщини поглинаючого шару та збільшенні радіусу впроваджених плазмонних наночастинок. При цьому спектральний діапазон тонкоплівкових сонячних елементів визначається властивостями напівпровідника, перш за все шириною забороненої зони поглинаючого шару. Розрахунки показали слабку розмірну залежність частоти поверхневого плазмонного резонансу і сильну залежність положення максимумів спектральних характеристик від властивостей матеріалів наночастинок і поглинаючого шару. Продемонстровано перевагу срібних наночастинок перед платиновими, оскільки на однакових частотах вони забезпечують більшу радіаційну ефективність. Результати розрахунків частотних залежностей підсилення електричних полів в околі плазмонних наночастинок свідчать про його зростання зі зменшенням радіусу наночастинок платини, у той час як найбільшим максимальне значення підсилення буде в околиці наночастинок срібла проміжних розмірів, що пояснюється послабленням процесу релаксації електронів у частинках саме таких розмірів. Показано різке (на 3-4 порядки) збільшення струму в модифікованих сонячних елементах у порівнянні з традиційними при напругах, які перевищують бар’єр Шотткі, що пояснюється збудженням плазмонних резонансів на поверхні металевих наночастинок. |
|
Перелік цитувань |
Інші статті цього номера
1) Особливості електронної структури карбіду TiC та нітриду VN, підданих механохімічному впливу в складі еквімолярної суміші TiC-VN [01001-1-01001-7]2) Вплив шарів пасивації SiNx/SiO2 на розсіяне поле поверхні в кремнієвих пластинах n-типу [01002-1-01002-7]
3) Виготовлення та характеристика наноструктурованих тонких плівок NiO та NiO:Cu при різних концентраціях міді [01003-1-01003-8]
4) Оптимізація умов різання для металевих поверхонь легованої сталі 50CrNi3Mn за допомогою дизайну Box-Behnken, ANOVA та функції бажаності (Box-ANOVA-DF) [01004-1-01004-6]
5) Оптимізовані електромагнітні решітки Е-подібної мікросмужкової патч-антени з повітряним проміжком для бездротового зв’язку [01005-1-01005-5]
6) Ультразвукова сенсорна система для автономного паркування [01006-1-01006-5]
7) Дослідження електрофізичних процесів у кремнієвому сонячному елементі з багатьма поверхневими наногетеропереходами [01007-1-01007-5]
8) Дослідження електропровідності та спектрів комбінаційного розсіювання наночастинок CdSe, опромінених CO2-лазером [01008-1-01008-4]
9) Структура, морфологія та мультифероїчні властивості наночастинок Bi0.2La0.8 – xAlxFeO3 (x 0.2, 0.4, 0.6 & 0.8) [01009-1-01009-6]
10) Плоска MIMO-антена з кількома овалами на гнучкій підкладці для 5G застосунків [01010-1-01010-6]
11) Структурні моделі та процеси переносу заряду у гранульованих нанонапівпровідниках [01011-1-01011-5]
12) Моделювання терагерцового квантового каскадного лазера поверхневого випромінювання на основі генерації різної частоти [01012-1-01012-6]
13) Аналіз і моделювання нового неперіодичного метаматеріального резонатора (HC-SRR) форми H-C для багатодіапазонних застосувань [01014-1-01014-5]
14) Електрохімічний синтез цинк оксиду в присутності поверхнево-активної речовини FARMACOAT [01015-1-01015-5]
15) Автоматизоване програмування мікро- та одноелектронних наносистем [01016-1-01016-6]
16) Зміни електронної структури вюрцитного твердого розчину Mn:ZnSeS, зумовлені вакансіями атомів сірки [01017-1-01017-6]
17) Вплив температури ванни на морфологію, склад і корозійну стійкість покриттів з оксиду церію, електроосаджених на цинк [01018-1-01018-5]
18) Покращений підсилювач малої потужності з використанням техніки відновлення рівня за технологією 32 нм [01019-1-01019-5]
19) Перспективні технології у водному транспорті: розроблення і впровадження грибостійких та екологічно чистих епоксидних нанокомпозитів [01020-1-01020-7]
20) Характеристики джерела синхронних потоків УФ-випромінювання та наночастинок цинку, перспективного для біомедичної інженерії [01021-1-01021-6]
21) Відбиття та поглинання двошарового пористого кремнію [01022-1-01022-6]
22) Вплив наночастинок броміду нікелю на оптичні та теплові властивості полістиролу [01023-1-01023-6]
23) Вплив електрохімічного нікелювання на структуру, склад та жаростійкість хромоалітованої сталі 45 [01024-1-01024-9]
24) Структурно-морфологічні властивості нанопористих вуглецевих матеріалів, отриманих з біомаси [01025-1-01025-6]
25) Асимптотична теорія спрямованого транспорту зважених феромагнітних наночастинок [01026-1-01026-5]
26) Теплоізоляційні властивості червоного шламу як функціонального наповнювача для полімерних композитів [01027-1-01027-6]
27) Стимульоване ультразвуком виготовлення нанокомпозитів графен/ZnO з прискореним фотовідгуком в ультрафіолетовому діапазоні світла [01028-1-01028-4]
28) Захоплення радіочастотної енергії за допомогою компактної надширокосмугової патч-антени [01029-1-01029-6]
29) Визначення ділянок на поверхні оптичних обтічників різної геометричної форми, що піддаються максимальним термоударним впливам [01030-1-01030-7]
