Objekt-Metadaten

Simulation of Plasmonic Nanoparticles in Thin Film Solar Cells
Manley, Phillip

Main titleSimulation of Plasmonic Nanoparticles in Thin Film Solar Cells
Title variationsSimulation von Plasmonischen Nanoteilchen in Dünnschicht Solarzellen
Author(s)Manley, Phillip
Place of birth: Wrexham, Groß Britannien
1. RefereeSchmid, Martina
Further Referee(s)Schmidt, Frank
KeywordsPlasmonics; Optics; Simulation
Classification (DDC)530 Physics
SummaryPlasmonische Nanoteilchen sind eine vielversprechende Technologie für die Erhöhung der Absorption bei Dünnschichtsolarzellen. Diese Dissertation verwendet optische Simulationen um die Rolle von Plasmonen für Dünnschichtsolarzellen zu verstehen und zu
optimieren.

Die Grundlagen der Plasmonik können mit der analytischen Mie-Theorie erfasst werden, die die Wechselwirkung zwischen einer ebenen Welle und einer Kugel beschreibt. Die Theorie kann auch auf Kern-Hülle-Teilchen erweitert werden. Ein zentraler Befund ist, dass bei einer Hülle mit einem Brechungsindex, der höher als der des umgebenden Mediums ist, die Streuung und das Nahfeld im Vergleich zu einer Hülle mit einem niedrigeren Brechungsindex erhöht sind.

Um komplexere Geometrien zu untersuchen wird die Finite-Elemente-Methode eingeführt. Die Methode wird eingesetzt um Teilchenverteilungen auf einem Substrat zu simulieren, um eine Verbindung zwischen Simulationen und Experimenten aufzubauen. Simulationen von großen Flächen sind rechnerisch sehr teuer, deshalb wird eine statistische Mittelung von Einzelpartikel-Reaktionen verwendet. Durch diese Methode konnte die experimentelle Reaktion einer Teilchenverteilung mit Simulationen wiedergegeben werden.

Ultradünnschichtsolarzellen werden vorgestellt und einige die Solarzellen betreffenden Probleme werden mit der Streumatrixmethode untersucht. Es wird gezeigt, dass der Wechsel von einem metallischen Rückkontakt zu einem transparenten Rückkontakt mit einem zusätzlichen metallischen Rückreflektor die Absorption der Absorberschicht erhöht.

Nachdem die Plasmonik und Ultradünnschichtsolarzellen isoliert betrachtet wurden, werden sie dann zuerst in der Finite-Elemente-Methode kombiniert. Die Wirkung der Teilchenstellung innerhalb der Solarzellenstruktur wird untersucht. Das Ergebnis ist, dass die stärkste Leistungsverbesserung durch in der Absorberschicht integrierte Teilchen erreicht wird.

Schließlich werden die vorherigen Methoden der Mie-Theorie für Teilchensimulationen und die Streumatrixmethode f¨ur Simulationen von geschichteten Stapeln kombiniert, um eine Methode zu entwickeln, die schnelle Simulationen von Solarzellen mit integrierten plasmonischen Nanoteilchen ermöglicht. Dieses Modell wird dann genutzt, um viele unterschiedliche Solarzellenstrukturen zu untersuchen. Es wurde eine optimale Struktur gefunden, die aus in die Absorberschicht integrierten Nanoteilchen mit einem Ag-Kern / einer AlSb-Hülle und einem transparenten Rückkontakt mit einem
inkohärenten Ag-Rückreflektor besteht. Diese ultradünnschichtsolarzelle erreicht 93 Prozent der Stromstärke eines gewöhnlichen Dünnfilms und nutzt dabei nur 20 Prozent des Absorbermaterials.
Documents
PDF
If your browser can't open the file, please download the file first and then open it
 
Number of pagesxviii, 159 Seiten
FU DepartmentDepartment of Physics
Year of publication2016
Document typeDoctoral thesis
Media type/FormatText
LanguageEnglish
Terms of use/Rights Nutzungsbedingungen
Date of defense2016-05-23
Created at2016-07-18 : 07:41:36
Last changed2016-07-21 : 02:18:46
 
Static URLhttp://www.diss.fu-berlin.de/diss/receive/FUDISS_thesis_000000102531
NBNurn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000102531-2
Statistics
E-mail addressphillip.john.manley@gmail.com