Улучшенное плазмонное улавливание света на наноструктурированных металлических поверхностях в кремниевых солнечных элементах

Аннотация

В данном исследовании представлен всесторонний анализ применения плазмонных наноструктурированных металлических поверхностей для повышения производительности кремниевых солнечных элементов. Были проведены как численное моделирование, так и экспериментальные исследования для оценки влияния наночастиц серебра, золота и алюминия на спектральные и электрические характеристики фотоэлектрических устройств. Результаты показывают, что включение плазмонных наноструктур увеличивает коэффициент оптического поглощения в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах, что приводит к увеличению плотности тока короткого замыкания и общему повышению эффективности на 2,5–3,0% по сравнению с эталонными образцами.
Наиболее выраженное повышение было достигнуто с использованием наночастиц серебра, в то время как золото обеспечило наибольшую стабильность, а алюминий проявил высокую активность в ультрафиолетовом спектральном диапазоне. Экономический анализ продемонстрировал конкурентоспособность предлагаемой технологии: умеренное увеличение стоимости изготовления может быть компенсировано снижением приведенной стоимости электроэнергии (LCOE). Также были рассмотрены экологические аспекты, включая токсичность серебра и потенциальные риски, связанные с утилизацией панелей после окончания срока их службы. В целом, исследование приходит к выводу, что плазмонные наноструктуры представляют собой весьма перспективный подход для фотовольтаики следующего поколения, при условии дальнейшей оптимизации их стабильности и масштабируемости.