Исследование микроструктуры полимерных функциональных покрытий с наночастицами серебра для солнечных элементов
А.А. Кравцов1,2, О.В. Девицкий1,2, Д.С. Кулешов2, А.С. Пащенко1
1 ФГБУН «Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук»
2 ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.617
Оригинальная статья
Аннотация: В рамках работы на кремниевых солнечных элементах были получены полимерные функциональные покрытия с наночастицами серебра. Размер наночастиц, использовавшихся для создания покрытий составил ~100 нм. Впервые была исследована микроструктура полученных покрытий методом сканирующей электронной микроскопии. Было показано, что наночастицы имеют достаточно высокую и равномерную плотность распределения в покрытии. В покрытиях, полученных с помощью метода осушения присутствуют единичные дефекты в виде отсутствия пленки. Данные дефекты предположительно обусловлены перепадами микрорельефа на поверхности солнечных элементов и могут быть устранены путем повторного нанесения пленки. Проведенные экспериментальные исследования квантового выхода фотопреобразователей показали, что функциональные покрытия на основе полимеров с наночастицами серебра позволяют существенно улучшить характеристики кремниевых солнечных элементов.
Ключевые слова: солнечные элементы, наночастицы серебра, функциональные покрытия, микроструктура, поливинилбутираль, морфология, плазмонный резонанс, увеличение эффективности, квантовый выход
- Кравцов Александр Александрович – к.т.н., старший научный сотрудник лаборатории физики и технологии полупроводниковых наногетероструктур для СВЧ-электроники и фотоники, ФГБУН «Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук», научный сотрудник научно-образовательного центра фотовольтаики и нанотехнологии ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
- Девицкий Олег Васильевич – к.т.н., старший научный сотрудник лаборатории физики и технологии полупроводниковых наногетероструктур для СВЧ-электроники и фотоники, ФГБУН «Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук», старший научный сотрудник научно-образовательного центра фотовольтаики и нанотехнологии ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
- Кулешов Дмитрий Сергеевич – инженер научно-исследовательской лаборатории физико-химических методов анализа научно-лабораторного комплекса чистых зон , ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
- Пащенко Александр Сергеевич – к.ф.-м.н., ведущий научный сотрудник лаборатории физики и технологии полупроводниковых наногетероструктур для СВЧ-электроники и фотоники, ФГБУН «Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук»
Ссылка на статью:
Кравцов, А.А. Исследование микроструктуры полимерных функциональных покрытий с наночастицами серебра для солнечных элементов / А.А. Кравцов, О.В. Девицкий, Д.С. Кулешов, А.С. Пащенко // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2020. — Вып. 12. — С. 617-627. DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.617.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Enrichi, F. Plasmonic enhanced solar cells: Summary of possible strategies and recent results / F. Enrichi, A. Quandt, G.C. Righini // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2018. – V. 82. – Part 3. – P. 2433-2439. DOI: 10.1016/j.rser.2017.08.094.
2. Kamat, P.V. Quantum dot solar cells. The next big thing in photovoltaics / P.V. Kamat // The Journal of Physical Chemistry Letters. – 2013. – V. 4. – I. 6. – P. 908-918. DOI: 10.1021/jz400052e.
3. Xing, Y. A review of concentrator silicon solar cells / Y.Xing, P. Xan, S. Wang, et al. // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2015. – V. 51. – P. 1697-1708. DOI: 10.1016/j.rser.2015.07.035.
4. Richard, B.S. The role of polymers in the luminescence conversion of sunlight for enhanced solar cell performance / B.S. Richard, A. Shalav // Synthetic Metals. – 2005. – V. 154. – I. 1-3. – P. 61-64. DOI: 10.1016/j.synthmet.2005.07.021.
5. Richards, B.S. Enhancing the performance of silicon solar cells via the application of passive luminescence conversion layers / B.S. Richards // Solar Energy Materials and Solar Cells. – 2006. – V. 90. – I. 15. – P. 2329-2337. DOI: 10.1016/j.solmat.2006.03.035.
6. Cui, H. A novel silver nanoparticle assisted texture as broadband antireflection coating for solar cell applications / H. Cui, S. Pillai, P. Campbell, M. Green // Solar Energy Materials and Solar Cells. – 2013. – V. 109. – P. 233-239. DOI: 10.1016/j.solmat.2012.11.009.
7. Singh, G. Plasmon enhanced light trapping in thin film GaAs solar cells by Al nanoparticle array / G.Singh, S.S.Verma // Physics Letters A. – 2019. – V. 383. – I. 13. – P. 1526-1530. DOI: 10.1016/j.physleta.2019.02.008.
8. Swatowska, B. The role of antireflective coatings in silicon solar cells - The influence on their electrical parameters / B. Swatowska, T. Stapinski, K. Drabczyk, P. Panek // Optica Applicata. – 2011. – V. 41. – № 2. – P. 487-492.
9. Chen, B. Blade-coated perovskites on textured silicon for 26 %-efficient monolithic perovskite/silicon tandem solar cells / B.Chen, Z.J. Yu, S.Manzoor, et al. // Joule. – 2020. – V. 4. – I. 4. – P. 850-864. DOI: 10.1016/j.joule.2020.01.008.
10. Day, J. Improving spectral modification for applications in solar cells: A review / J. Day, S. Senthilarasu, T.K. Mallick // Renewable Energy. – 2019. – V. 132. – P. 186-205. DOI: 10.1016/j.renene.2018.07.101.
11. Singh, G. Design and analysis of thin film GaAs solar cells using silver nanoparticle plasmons / G. Singh, S.S. Verma // Photonics and Nanostructures - Fundamentals and Applications. – 2019. – V. 37. – Art. № 100731. – 8 p. DOI: 10.1016/j.photonics.2019.100731.
12. Tabrizi, A.A.Efficiency improvement of a silicon-based thin-film solar cell using plasmonic silver nanoparticles and an antireflective layer / A.A. Tabrizi, A. Pahlavan // Optics Communications. – 2020. – V. 454. – Art. № 124437. – 8 p. DOI: 10.1016/j.optcom.2019.124437.
13. Starowicz, Z. Influence of Ag nanoparticles microstructure on their optical and plasmonic properties for photovoltaic applications / Z. Starowicz, A. Kędra, K. Berent, et. al. // Solar Energy. – 2017. – V. 158. – P. 610-616. DOI: 10.1016/j.solener.2017.10.020.
14. Lunin, L.S. Synthesis and study of thin TiO2 films doped with silver nanoparticles for the antireflection coatings and transparent contacts of photovoltaic converters / L.S. Lunin, M.L. Lunina, A.A. Kravtsov, I.A. Sysoev, A.V. Blinov // Semiconductors. – 2016. – V. 50. – I. 9. – P. 1231-1235. DOI: 10.1134/S1063782616090141.
15. Lunin, L.S. Effect of the Ag nanoparticle concentration in TiO2–Ag 2 functional coatings on the characteristics of GaInP GaAs Ge / / photoconverters / L.S. Lunin, M.L. Lunina, A.A. Kravtsov, et al. // Semiconductors. – 2018. – V. 52. – I. 8. – P. 993-996. DOI: 10.1134/S1063782618080122.
16. Lunin, L.S. Polymer films with silver nanoparticles improve the spectral characteristics of photovoltaic converters / L.S. Lunin, O.V. Devitskii, A.A. Kravtsov, A.S. Pashchenko // Technical Physics Letters. – 2020. – V. 46. – I. 1. – P. 98-101. DOI: 10.1134/S1063785020010265.
17. Девицкий, О.В. Влияние концентрации наночастиц серебра в пленках поливинилбутераля на характеристики кремниевых солнечных элементов / О.В. Девицкий, А.А. Кравцов, И.А. Сысоев // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2019. – № 5. – С. 214-223. DOI: 10.23683/2311-3103-2019-5-214-223.
18. Девицкий, О.В. Исследование функциональных покрытий поливинилбутираля с наночастицами серебра для фотоэлектрических преобразователей / О.В. Девицкий, А.А. Кравцов // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2019. – Вып. 11. – C. 574-581. DOI: 10.26456/pcascnn/2019.11.574.