基于喷墨打印的Au纳米粒子嵌入到TiO2微点阵列中的等离子增强矿太阳能电池
Sofia Rubtsov1, Albina Musin2, Viktor Danchuk1
1Department of Chemical Engineering, Biotechnology and Materials, Faculty of Engineering, Ariel University, Ariel 4076414, Israel.
Nanomaterials (Basel, Switzerland)
|October 14, 2023
概括
这项研究通过将金纳米粒子 (AuNPs) 嵌入到二氧化 (TiO2) 微点阵列 (MDAs) 中,提高了矿太阳能电池 (PSC) 的性能. 这种等离子体方法显著提高了功率转换效率超过47%,而不会改变矿结构.
科学领域:
- 材料科学与工程 材料科学与工程
- 纳米技术纳米技术
- 可再生能源可再生能源是可再生能源.
背景情况:
- 等离子材料可以定位光,这对于改善光伏应用至关重要.
- 矿太阳能电池 (PSC) 提供了高效率的潜力,但需要进一步的改进.
- 将等离子纳米粒子集成到设备架构中是促进光吸收和电荷生成的关键策略.
研究的目的:
- 研究使用金纳米粒子 (AuNPs) 进行局部表面等离子增强对矿太阳能电池 (PSC) 性能的影响.
- 嵌入AuNP到一个氧化 (TiO2) 微点阵列 (MDA) 中,通过PSC的喷墨打印进行沉积.
- 分析修改PSC的结构,形态和光学特性,并评估其光伏性能.
主要方法:
- 使用喷墨印刷制造带有和没有嵌入AuNP的TiO2微点阵列 (MDA).
- 在制造的结构上沉积甲基氨酸 (MAPI) 矿膜.
- 使用X射线衍射 (XRD),扫描电子显微镜 (SEM) 和高分辨率传输电子显微镜 (HR-TEM) 的表征.
- 通过UV-Vis光谱和有限差异时间域 (FDTD) 模拟进行光学分析.
- 制造PSC的光伏性能测试.
主要成果:
- TiO2 MDA 结构并没有对矿晶体结构产生负面影响,甚至将晶体的尺寸增加了 12%.
- FDTD模拟证实了TiO2和矿介质中AuNPs周围的局部现场增强.
- MAPI的带间距在~1.6 eV保持一致,表明没有有害的光学变化.
- 结合TiO2-AuNPs MDA的PSC显示,与参考设备相比,功率转换效率显著提高,超过47%.
结论:
- 在TiO2 MDA中嵌入AuNP是一种通过局部表面等离子体共振来提高PSC性能的有效策略.
- 喷墨打印技术允许精确整合等离子体纳米结构,而不会影响矿质量.
- 这种方法证明了化矿太阳能电池在提高效率和实际应用方面的巨大潜力.
