М ОДЕЛИРОВАНИЕ ЛОКАЛИЗОВАННЫХ ПЛАЗМОНОВ В НАНОПОРАХ И НАНОЧАСТИЦАХ МЕТАЛЛА ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ. Подготовила Шевцова В. И. Научный руководитель д-р. физ.-мат. наук, профессор Гайдук П. И. 1

А КТУАЛЬНОСТЬ Спектр солнечного света AM1.5 и его поглощение в солнечном элементе из кристаллического кремния, толщиной 2 микрона (без установки отражателей). 2

Ц ЕЛЬ Разработать модель солнечного элемента со встроенными плазмонными структурами. ЗАДАЧИ Изучить и освоить численные методы моделирования оптических свойств наноразмерных структур. Исследовать влияние поверхностного плазмонного резонанса на оптические свойства наночастиц и нанопор металла. Изучить модели кремниевых солнечных элементов. Разработать модель солнечного элемента со встроенными плазмонными структурами. 3

О ПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНОЧАСТИЦ ЗОЛОТА Au1Au2Au3Au4 D18 нмD25 нм D32 нм D20-50 нм 4

О ПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА 5 D25 нм D60 нм D15 нм

Т ЕОРИЯ М И : ВЛИЯНИЕ РАДИУСА ЧАСТИЦЫ. наночастицы серебра наночастицы золота 6

Т ЕОРИЯ М И : ВЛИЯНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ наночастица серебра радиусом 25 нм наночастица золота радиусом 50 нм 7

О ПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНОПОР МЕТАЛЛА n при различном соотношении радиусов пора/оболочка R 1 /R, n=1 при различном показателе преломления ядра R 1 /R 2 =0,8. нанопор серебра с внешним радиусом 25 нм 8

М ЕТОДИКА МОДЕЛИРОВАНИЯ FDTD (Finite Difference Time Domain)– метод конечных разностей во временной области где P in и P abs – мощности падающего и поглощенного структурой света соответственно. где I AM1,5 – спектральная плотность освещенности солнечного света 9

П РИМЕНЕНИЕ В СЭ Ag R=25 нм, P=4R Au R=50 нм, P=4R P=4R R=50 нм 10

П РИМЕНЕНИЕ В СЭ Ag R=50 нм, P=8R Au R=50 нм, P=6R P=4R R=50 нм 11

В ЫВОДЫ Показано смещение пика поверхностного плазмонного резонанса в длинноволновую область при увеличении размера наночастиц и коэффициента преломления среды, а также при введении поры внутрь металлической частицы. Наночастицы металла на поверхности кремния приводят к увеличению эффективности поглощения падающего излучения в области длин волн, при этом наблюдается уменьшение эффективности в области волн ниже 600. В целом, ожидается, что наноструктурированные поверхности солнечного элемента частицами серебра способно повысить квантовую эффективность элемента до 30%. Наночастицы металла, инкорпорированные в кремний, могут приводить к значительному увеличению коэффициента поглощения структуры без соответствующего уменьшения в коротковолновой области. Предполагается, что квантовая эффективность слоя, инкорпорированного наночастицами металла, может быть повышена вплоть до 120% без учета потерь при поглощении света непосредственно наночастицами. 12

С ПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ ! 13