銀納米顆粒增強CsPbIBr2鈣鈦礦光伏器件的模擬研究 轉(zhuǎn)載于漢斯學術(shù)交流平臺，如有侵權(quán)，請聯(lián)系我們

銀納米顆粒增強CsPbIBr2鈣鈦礦光伏器件的模擬研究 內(nèi)容總結(jié)：

鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)作為一種新型薄膜太陽能電池發(fā)展迅速，受到人們的廣泛關(guān)注。從2009年發(fā)展至今，其光電轉(zhuǎn)換效率(PCE)已經(jīng)突破至25.5%，被認為是最具發(fā)展?jié)摿Σ⒂型麑崿F(xiàn)商業(yè)化的太陽能電池之一 [1] [2] [3] [4] [5]。在眾多的鈣鈦礦材料中，CsPbIBr2材料具有出色的穩(wěn)定性，被應(yīng)用于開發(fā)穩(wěn)定性更高的全無機PSCs。但是目前基于CsPbIBr2的全無機PSCs的效率普遍較低，且開路電壓也有進一步提高的空間 [6] [7] [8] [9] [10]。入射光的吸收能力對光伏器件的性能有著重要的影響，故而可以從提高器件對入射光的吸收的角度對CsPbIBr2基全無機PSCs的性能進行改善。目前表面等離激元在激光加工、太陽能光伏器件等領(lǐng)域皆有應(yīng)用 [11] [12]。利用表面等離激元來增強鈣鈦礦太陽能電池對入射光吸收的方法，雖然應(yīng)用時間短、相關(guān)研究工作少卻在相關(guān)領(lǐng)域中表現(xiàn)出很大的應(yīng)用潛力。Chen [13] 和Park [14] 課題組都做了將金納米顆粒(Au NPs)摻入PSCs空穴傳輸層的一些工作，他們的結(jié)果顯示，Au NPs的表面等離激元特性能夠很大程度上提高電池光吸收能力和光電流密度。Wang [15] 和Snaith [16] 課題組又將Au NPs摻入PSCs介孔三氧化二鋁結(jié)構(gòu)中，結(jié)果同樣表明表面等離激元可以增強電池光吸收性能。

內(nèi)容：

1. 引言

鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)作為一種新型薄膜太陽能電池發(fā)展迅速，受到人們的廣泛關(guān)注

從2009年發(fā)展至今，其光電轉(zhuǎn)換效率(PCE)已經(jīng)突破至25.5%，被認為是最具發(fā)展?jié)摿Σ⒂型麑崿F(xiàn)商業(yè)化的太陽能電池之一 [1] [2] [3] [4] [5]

在眾多的鈣鈦礦材料中，CsPbIBr2材料具有出色的穩(wěn)定性，被應(yīng)用于開發(fā)穩(wěn)定性更高的全無機PSCs

但是目前基于CsPbIBr2的全無機PSCs的效率普遍較低，且開路電壓也有進一步提高的空間 [6] [7] [8] [9] [10]

入射光的吸收能力對光伏器件的性能有著重要的影響，故而可以從提高器件對入射光的吸收的角度對CsPbIBr2基全無機PSCs的性能進行改善

目前表面等離激元在激光加工、太陽能光伏器件等領(lǐng)域皆有應(yīng)用 [11] [12]

利用表面等離激元來增強鈣鈦礦太陽能電池對入射光吸收的方法，雖然應(yīng)用時間短、相關(guān)研究工作少卻在相關(guān)領(lǐng)域中表現(xiàn)出很大的應(yīng)用潛力

Chen [13] 和Park [14] 課題組都做了將金納米顆粒(Au NPs)摻入PSCs空穴傳輸層的一些工作，他們的結(jié)果顯示，Au NPs的表面等離激元特性能夠很大程度上提高電池光吸收能力和光電流密度

Wang [15] 和Snaith [16] 課題組又將Au NPs摻入PSCs介孔三氧化二鋁結(jié)構(gòu)中，結(jié)果同樣表明表面等離激元可以增強電池光吸收性能

本文設(shè)計了基于銀納米顆粒(Ag NPs)的局域表面等離激元增強型CsPbIBr2鈣鈦礦光伏器件，利用Ag NPs改善FTO/ZnO/CsPbIBr2/Carbon結(jié)構(gòu)光伏器件的性能

此外，本文還通過能帶

圖和數(shù)值模擬揭示了該結(jié)構(gòu)的合理性

通過時域有限差分法(FDTD)對所設(shè)計的器件結(jié)構(gòu)進行了相應(yīng)的模擬，得到了吸收率等數(shù)據(jù)曲線，并分析了不同表面覆蓋比的Ag NPs的分布對器件的光吸收能力的影響

同時模擬得到光伏器件在x-y和x-z平面上的電場分布，并分析了Ag NPs的加入對器件的內(nèi)部電場分布的影響

根據(jù)FDTD方法模擬得到的數(shù)據(jù)結(jié)果，分析Ag NPs的加入對PSCs電池器件的性能所起到的改善作用，模擬得到的結(jié)果對開展高效CsPbIBr2光伏器件的實驗具有一定的指導作用

2. 光伏器件結(jié)構(gòu)與模型諸多金屬納米顆粒(AuAg，Al等)中，Ag納米顆粒因穩(wěn)定性好且價格相對低廉，合成過程可控性高而得到廣泛應(yīng)用 [17] [18]

在本研究中，我們將Ag納米顆粒放置于器件的FTO襯底和ZnO層的界面處，如

圖1所示

理論上，當入射光照射銀納米顆粒時，會產(chǎn)生局域表面等離激元共振(LSPR)效應(yīng)，且入射光散射時的角擴散會導致光程的增加 [19] [20]，從而增強器件的光吸收層對入射光的吸收，最終達到提高太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的目的

圖1顯示了本文所設(shè)計的器件結(jié)構(gòu)，以及器件性能增強的原理

可以看到在入射光照射下，銀納米顆粒的LSPR近場增強效應(yīng)將透過ZnO層作用到鈣鈦礦光吸收層，入射光在器件中的光程因銀納米顆粒前向散射效應(yīng)而提高

而處于同種介質(zhì)時，金屬納米顆粒光散射在正反方向一般是對稱的 [21] 金屬納米顆粒在入射光的激發(fā)下，滿足一定的色散關(guān)系時將會產(chǎn)生表面等離激元共振 [22] [23] [24]

而這種局域在金屬表面的表面等離激元實際上就是一種電磁場，這種電磁場的電場強度遠遠大于入射光場，形成近場增強效應(yīng)

銀納米顆粒的局域場作用到CsPbIBr2鈣鈦礦材料光吸收層，由于極強的局域場提高了鈣鈦礦材料的激發(fā)態(tài)密度，從而增大了電子空穴對的產(chǎn)生概率

即使有部分電子空穴對發(fā)生復合，由于鈣鈦礦材料是直接帶隙，也很容易重新利用輻射光子進而激發(fā)電子空穴對，有望極大地提高光生載流子的生成和分離能力

根據(jù)之前的研究，表面等離激元可以增強物質(zhì)的熒光強度 [25] [26]，在鈣鈦礦光伏器件中，鈣鈦礦層的熒光強度與開路電壓呈正相關(guān)，故而，將表面等離激元引入CsPbIBr2鈣鈦礦光伏器件，亦有望提高器件的開壓



Figure 1. Schematic of the LSPR near field enhancement and forward scattering effect of Ag nanoparticles in all-inorganic CsPbIBr2 perovskite solar cells

圖1. 基于Ag NPs的局域表面等離激元增強型CsPbIBr2基PSCs器件的結(jié)構(gòu)示意

圖

圖2為FTO/(Ag NPs)/ZnO/CsPbIBr2/Carbon電池結(jié)構(gòu)的能帶示意

圖

CsPbIBr2鈣鈦礦吸收層吸收太陽光受激后，產(chǎn)生電子空穴對

電子經(jīng)電子傳輸層(ZnO)注入到FTO (陽極)，空穴則注入到碳電極(陰極)，因此本文所設(shè)計的器件結(jié)構(gòu)在理論上是科學可行的

為了深入探究Ag NPs在入射光下的LSPR近場增強特性以及對入射光的前向散射對PSCs性能的影響，本文利用FDTD方法對整個器件建立了模型，對器件內(nèi)部光場、光學性質(zhì)進行數(shù)值模擬

模型設(shè)置及各監(jiān)測平面位置，如

圖3所示，其中z方向使用完全匹配的邊界條件，x/y方向使用周期性邊界條件



Figure 2. Energy band diagram of the perovskite solar cells based on FTO/Ag-NPs/ZnO/CsPbIBr2/Carbon structure

圖2. 基于FTO/Ag-NPs/ZnO/CsPbIBr2/Carbon結(jié)構(gòu)的能帶匹配示意

圖根據(jù)設(shè)計的器件結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了結(jié)構(gòu)為玻璃/FTO (380 nm)/(Ag NPs) ZnO (200 nm)/CsPbIBr2 (300 nm)/Carbon (20 μm)的模型，單個球形銀納米顆粒被嵌入到FTO/ZnO界面處，而FTO/ZnO界面被設(shè)置為z = 0的x-y平面

其中玻璃層和碳漿涂層尺寸過厚，在建模時取了方便觀測的尺寸，并不影響模擬結(jié)果

我們實驗室實際制備出的納米顆粒，尺寸不是固定的，其共振吸收峰寬較大

基于實驗室的條件，將大小較為適中(直150 nm左右)的銀納米顆粒的尺寸用于模擬

模擬結(jié)果也為下一步將制備出的銀納米顆粒引入具體器件的實驗進行指導

將銀納米顆粒的直徑設(shè)置為150 nm，通過改變兩個粒子之間的間隔可以獲得不同的表面覆蓋比(SC)

為了避免銀納米顆粒與光吸收層直接接觸，我們預(yù)期在銀納米顆粒與光吸收層中間加入一層50 nm的ZnO薄膜，故而組成了厚度為200 nm的Ag/ZnO復合結(jié)構(gòu)

350~700 nm范圍內(nèi)的平面波被設(shè)置成光源，照射到器件上

透射率監(jiān)視器T (器件最下方)和反射率監(jiān)視器R (光源上方)被用于記錄器件的反射和吸收譜，并且定義光吸收A = 1-T-R

電場監(jiān)視器被放在距離銀納米顆粒不同距離的位置用于記錄電磁場分布，監(jiān)視波長為605 nm



Figure 3. Simulation model diagram and monitoring positions of Ag-NPS enhanced CsPbIBr2 perovskite photovoltaic device

圖3. Ag-NPs增強型全無機CsPbIBr2鈣鈦礦光伏器件的模擬模型

圖及各監(jiān)測位置3. 結(jié)果與討論3.1. 光伏器件的場分布分析



Figure 4. Simulated electric field distribution in x-z plane (y = 0). The simulated electric field distribution of the whole device (a) SC = 0%, (b) SC = 5%, (c) SC = 10%, (d) SC = 15%. λ = 605 nm

圖4. y = 0時，器件整體x-z平面的模擬電場分布(a) SC = 0%，(b) SC = 5%，(c) SC = 10%，(d) SC = 15%

其中λ = 605 nm

圖4顯示了y = 0時，器件內(nèi)部x-z平面電場的二維分布

圖，其中入射光波長為605 nm，監(jiān)測位置為

圖3中(1)處，取λ = 605 nm是由于CsPbIBr2材料的吸收邊大約在此處

圖4(a)~(d)分別是銀納米顆粒表面覆蓋比SC = 0%、SC = 5%、SC = 10%、SC = 15%的情況

總的來說，

圖4各

圖主要可以大致分為三個區(qū)域：1) 0 nm < z < 380 nm，F(xiàn)TO層；2) ?200 nm < z < 0 nm，ZnO層；3) ?500 < z < ?200 nm，CsPbIBr2層

如

圖4(b)~(d)所示，光入射時，銀納米顆粒周圍的電場明顯增強，呈現(xiàn)出分散的紅色黃色區(qū)域，表現(xiàn)出銀納米顆粒的LSPR近場增強特性；而銀納米顆粒內(nèi)部為藍色區(qū)域，由于趨膚效應(yīng)，電場強度遠低于其表面

隨著銀納米顆粒表面覆蓋比的增加，銀納米顆粒周圍的電場最大值也隨之增加，這可能是由于銀納米顆粒的增加導致更多的入射光在銀納米顆粒之間進行散射，從而導致銀納米顆粒的LSPR近場增強特性更加顯著

在0 nm < z < 380 nm區(qū)域，由于入射光在照射到銀納米顆粒表面時發(fā)生散射，加之銀納米顆粒的近場增強效應(yīng)，使得電場得到明顯增強；由于銀納米顆粒整體嵌在?200 nm < z < 0 nm區(qū)域，導致其受到LSPR近場增強的影響顯著，這個區(qū)域的電場也得到明顯增強；在?500 nm < z < ?200 nm區(qū)域，有銀納米顆粒的情況場強普遍大于SC = 0%的情況，說明銀納米顆粒的引入增強了鈣鈦礦層的光吸收，這是銀納米顆粒對入射光的前向散射效應(yīng)引起的，同時LSPR的近場增強效應(yīng)可能透過覆蓋銀納米顆粒的ZnO層對CsPbIBr2層產(chǎn)生了影響

在

圖4(b)~(d)中可以看到銀納米顆粒的位置，同時可以發(fā)現(xiàn)在其正下方區(qū)域，靠近兩側(cè)邊緣的電場的強度明顯高于其它地方，且整體顯示出明顯的角分布(angular distribution)，這是前向散射效應(yīng)的一個特征

對比

圖4(b)~(d)，發(fā)現(xiàn)各

圖中顏色最深的區(qū)域，SC = 10%時的電場強度最高，SC = 15%的電場強度最小，這說明銀納米顆粒的用量并不是越多越好

綜上所述，可以推斷銀納米顆粒的引入可以增強器件對入射光的吸收，這種增強是由銀納米顆粒的近場增強效應(yīng)和前向散射效應(yīng)引起的，且SC = 10%時的增強效果可能較好

圖5(a)~(g)為z = ?205 nm時x-y平面上即CsPbIBr2層的上邊緣附近的模擬電場分布，

圖5(b)，

圖5(h)為z = ?350 nm時x-y平面上的模擬電場分布

z = ?205 nm時x-y平面的監(jiān)測位置對應(yīng)

圖3中的(3)，z = ?350 nm時x-y平面的監(jiān)測位置對應(yīng)

圖3中的(4)，入射光波長為605 nm

其中

圖5(a)，

圖5(b)為SC = 0%的情況，

圖5(c)，

圖5(d)為SC = 5%的情況，

圖5(e)，

圖5(f)為SC = 10%的情況，

圖5(g)，

圖5(h)為SC = 15%的情況

如

圖5(a)，

圖5(b)所示，沒有銀納米顆粒時，x-y平面上的電場分布均勻，隨著平面位置的下移，電場強度隨之降低

另外可以在

圖5中看到，引入銀納米顆粒后的相應(yīng)平面上出現(xiàn)了重新分布的明暗相間的光斑，這應(yīng)該是以局域光場為二級光源，向前發(fā)射的光的干涉

圖樣

圖5(c)中的平面電場分布變得不均勻，紅色和黃色區(qū)域的電場強度普遍要高于

圖5(a)中的對應(yīng)區(qū)域，而平面中心以及平面周邊的青色和藍色區(qū)域的電場強度則明顯低于

圖5(a)中對應(yīng)區(qū)域，相應(yīng)的，

圖5(d)中的平面電場分布相較于

圖5(b)也呈現(xiàn)出類似的特性

圖5(c)，

圖5(d)中x-y平面內(nèi)藍色的區(qū)域應(yīng)處于

圖5(b)中所示的銀納米顆粒下方，這個區(qū)域由于被銀納米顆粒遮擋，不能被入射光直接照射到，故而相對于x-y平面上的其它區(qū)域電場強度低，

圖5(e)~(h)中也存在這種現(xiàn)象

但是藍色周圍的電場強度與其它區(qū)域相比有十分明顯的增強，這很大程度上是由于銀納米顆粒對入射光的前向散射造成的

如

圖5(e)所示，z = ?205 nm的電場強度相較于

圖5(a)增強的區(qū)域面積大于

圖5(c)和

圖5(g)，鈣鈦礦其他吸收層的位置也有類似現(xiàn)象，

圖5(f)中電場強度(z = ?350 nm)相較于

圖5(b)增強的區(qū)域面積大于

圖5(d)和

圖5(h)，這說明SC = 10%時，鈣鈦礦層有相對更多的區(qū)域?qū)θ肷涔饽芰康奈毡辉鰪?br />
圖5(g)所示的平面內(nèi)電場強度的最大值高于

圖5(a)~(e)，但是電場強度相較于

圖5(a)增強的區(qū)域面積小于

圖5(c)和

圖5(e)

此外，

圖5(g)平面中心電場強度提升不明顯的藍色區(qū)域相較

圖5(c)，

圖5(e)的更大

另外，隨著平面位置的下移，

圖5(f)中場強的最大值及最小值均高于

圖(e)，類似的

圖5(h)中場強的最大值及最小值均高于

圖(g)

這是由于太陽光照射時，入射光會被銀納米顆粒前向散射，散射后的光路與其它入射光路可能在z = ?350 nm時的x-y平面上相互干涉，導致了這種現(xiàn)象

光吸收層也因此會吸收更多的入射光，產(chǎn)生更多的光生載流子

結(jié)合

圖5(d)~(h)，模擬設(shè)置銀納米顆粒位于平面中心區(qū)域，隨著監(jiān)測平面在器件鈣鈦礦層中的位置的下移，遠離ZnO/CsPbIBr2界面，同一x-y平面內(nèi)電場強度提升明顯的區(qū)域越遠離平面中心，正如

圖5(b)~(d)中呈現(xiàn)的前向散射特征一樣，整體顯示出明顯的角分布，這同樣佐證了銀納米顆粒對入射光的前向散射效應(yīng)是提升器件鈣鈦礦層的光吸收能力的重要因素

從

圖5中可以看到，引入銀納米顆粒后，其下方x-y平面的電場分布并不是均勻的，說明了電場的增強不能簡單歸因于銀納米顆粒的前向散射效應(yīng)，也與LSPR近場增強效應(yīng)有關(guān)

結(jié)合

圖4和

圖5的結(jié)果，有理由相信通過銀納米顆粒的近場增強和前向散射可以增強器件的光吸收，從而改善器件的性能



Figure 5. Simulated electric field distribution (λ = 605 nm) in x-y plane below the CsPbIBr2 layer: (a) (c) (e) (g) z = ?205 nm; (b) (d) (f) (h) z = ?350 nm. (a) (b) SC = 0%; (c) (d) SC = 5%; (e) (f) SC = 10%; (g) (h) SC = 15%. λ = 605 nm

圖5. x-y平面的模擬電場分布：(a) (c) (e) (g) z = ?205 nm；(b) (d) (f) (h) z = ?350 nm

其中(a) (b)為SC = 0%的情況，(c) (d)為SC = 5%的情況，(e) (f)為SC = 10%的情況，(g) (h)為SC = 15%的情況，其中λ = 605 nm3.2. 銀納米粒子對光吸收的影響



Figure 6. Simulated absorptivity curves simulated by FDTD method

圖6. 利用FDTD方法模擬得到的器件吸收率曲線

圖6顯示了具有不同銀納米顆粒表面覆蓋比的CsPbIBr2鈣鈦礦太陽能電池的吸收率

吸收率是通過模擬透過率和模擬反射率計算得出

反射率的監(jiān)測位置所在的FTO層的上側(cè)x-y平面，即

圖3中(2)處

透過率的監(jiān)測位置為碳電極靠近鈣鈦礦層的x-y平面，即

圖3中(6)處

從

圖6吸收率的模擬

圖中可以看到吸收峰的位置約在575 nm處

銀納米顆粒的近場增強特性以及對入射光的前向散射，使得器件整體的吸收率隨著銀納米顆粒表面覆蓋比的增加都有不同程度的提升，其中SC = 10%的情況吸收率最高

SC = 15%的吸收率低于SC = 10%的情況，說明器件對入射光的吸收雖然可以被銀納米顆粒增強，但是增強效果與銀納米顆粒的表面覆蓋比并不是嚴格呈正相關(guān)的，過量的銀納米顆粒反而會使得器件對入射光的吸收相對減弱

另外CsPbIBr2鈣鈦礦材料的禁帶寬度約為2.05 eV，理論上不能夠吸收605 nm以內(nèi)的太陽光

而從

圖中可以發(fā)現(xiàn)，波長高于605 nm的區(qū)域，也有一定的吸收，原因是這部分的入射光被銀納米顆粒吸收并被熱耗散

從模擬結(jié)果來看，銀顆粒覆蓋比為SC = 10%的器件吸收率高，預(yù)期增強效果好，比較適合制備光伏器件

4. 結(jié)論

本文設(shè)計了一種基于銀納米顆粒的局域表面等離激元增強型CsPbIBr2鈣鈦礦太陽能電池，通過時域有限差分方法對所設(shè)計的器件結(jié)構(gòu)進行相應(yīng)的數(shù)值模擬，得到吸收率數(shù)據(jù)曲線，并分析了不同表面覆蓋比的銀納米顆粒對器件的光吸收能力的影響

同時模擬了光伏器件內(nèi)部x-y和x-z平面的電場分布，分析了銀納米顆粒的加入對器件的內(nèi)部電場分布的影響

模擬結(jié)果表明，銀納米顆粒的加入有利于提高CsPbIBr2基PSCs器件的光吸收能力，并通過分析得到，CsPbIBr2基PSCs光吸收能力的增強，是由銀納米顆粒的LSPR近場增強和前向散射效應(yīng)引起的

從模擬結(jié)果來看，當銀納米顆粒表面覆蓋比為10%時，制備的光伏器件性能可能較好

基金項目天津市教委科研計劃項目(2017KJ097)；國家自然科學基金青年項目(No. 21802092)

NOTES*通訊作者

參考文獻

[1]	Qin, M., Xue, H., Zhang, H., Hu, H., Liu, K., Li, Y., et al. (2020) Precise Control of Perovskite Crystallization Kinetics via Sequential a-Site Doping. Advanced Materials, 32, Article ID: 2004630. https://doi.org/10.1002/adma.202004630
[2]	Cheng, Y.H., So, F. and Tsang, S.W. (2019) Progress in Air-Processed Perovskite Solar Cells: From Crystallization to Photovoltaic Performance. Materials Horizons, 6, 1611-1624. https://doi.org/10.1039/C9MH00325H
[3]	Kojima, A., Teshima, K., Shirai, Y., et al. (2009) Organometal Halide Perovskites as Visible-Light Sensitizers for Photovoltaic Cells. Journal of the American Chemical Society, 131, 6050-6051. https://doi.org/10.1021/ja809598r
[4]	Correa-Baena, J.P., Abate, A., Saliba, M., et al. (2017) The Rapid Evolution of Highly Efficient Perovskite Solar Cells. Energy & Environmental Science, 10, 710-727. https://doi.org/10.1039/C6EE03397K
[5]	Wu, T., Qin, Z., Wang, Y., et al. (2021) The Main Progress of Perovskite Solar Cells in 2020-2021. Nano-Micro Letters, 13, 18. https://doi.org/10.1007/s40820-021-00672-w
[6]	Ma, Q., Huang, S., Wen, X., et al. (2016) Hole Transport Layer Free Inorganic CsPbIBr2 Perovskite Solar Cell by Dual Source Thermal Evaporation. Advanced Energy Materials, 6, Article ID: 1502202. https://doi.org/10.1002/aenm.201502202
[7]	Aamir, M., Adhikari, T., Sher, M., et al. (2018) Fabrication of Planar Heterojunction CsPbBr2I Perovskite Solar Cells Using ZnO as an Electron Transport Layer and Improved Solar Energy Conversion Efficiency. New Journal of Chemistry, 42, 14104-14110. https://doi.org/10.1039/C8NJ02238K
[8]	Zhang, Q., Zhu, W., Chen, D., et al. (2019) Light Processing Enables Efficient Carbon-Based, All-Inorganic Planar CsPbIBr2 Solar Cells with High Photovoltages. Acs Applied Materials & Interfaces, 11, 2997-3005. https://doi.org/10.1021/acsami.8b17839
[9]	Zhu, W., Zhang, Q., Chen, D., et al. (2018) Intermolecular Exchange Boosts Efficiency of Air-Stable, Carbon-Based All-Inorganic Planar CsPbIBr2 Perovskite Solar Cells to over 9%. Advanced Energy Materials, 8, Article ID: 1802080. https://doi.org/10.1002/aenm.201802080
[10]	Du, J., Duan, J., Yang, X., et al. (2021) p-Type Charge Transfer Doping of Graphene Oxide with (NiCo)(1?y)FeyOx for Air-Stable, All-Inorganic CsPbIBr2 Perovskite Solar Cells. Angewandte Chemie-International Edition, 60, 10608-10613. https://doi.org/10.1002/anie.202016703
[11]	Lu, L., Tan, R., Chen, D., et al. (2019) Surface Plasmon Assisted Laser Ablation of Stainless Steel. Nanotechnology, 30, Article ID: 305401. https://doi.org/10.1088/1361-6528/ab1806
[12]	Cheng, Y., Chen, C., Chen, X., et al. (2017) Considerably Enhanced Perovskite Solar Cells via the Introduction of Metallic Nanostructures. Journal of Materials Chemistry A, 5, 6515-6521. https://doi.org/10.1039/C6TA10715J
[13]	Wang, J.-Y., Hsu, F.-C., Huang, J.-Y., et al. (2015) Bifunctional Polymer Nanocomposites as Hole-Transport Layers for Efficient Light Harvesting: Application to Perovskite Solar Cells. Acs Applied Materials & Interfaces, 7, 27676-27684. https://doi.org/10.1021/acsami.5b08157
[14]	Lee, D.S., Kim, W., Cha, B.G., et al. (2016) Self-Position of Au NPs in Perovskite Solar Cells: Optical and Electrical Contribution. Acs Applied Materials & Interfaces, 8, 449-454. https://doi.org/10.1021/acsami.5b09365
[15]	Cui, J., Chen, C., Han, J., et al. (2016) Surface Plasmon Resonance Effect in Inverted Perovskite Solar Cells. Advanced Science, 3, Article ID: 1500312. https://doi.org/10.1002/advs.201500312
[16]	Zhang, W., Saliba, M., Stranks, S.D., et al. (2013) Enhancement of Perovskite-Based Solar Cells Employing Core-Shell Metal Nanoparticles. Nano Letters, 13, 4505-4510. https://doi.org/10.1021/nl4024287
[17]	Spinelli, P., Hebbink, M., De Waele, R., et al. (2011) Optical Impedance Matching Using Coupled Plasmonic Nanoparticle Arrays. Nano Letters, 11, 1760-1765. https://doi.org/10.1021/nl200321u
[18]	Mokkapati, S., Beck, F.J., De Waele, R., et al. (2011) Resonant Nano-Antennas for Light Trapping in Plasmonic Solar Cells. Journal of Physics D—Applied Physics, 44, Article ID: 185101. https://doi.org/10.1088/0022-3727/44/18/185101
[19]	Atwater, H.A. and Polman, A. (2010) Plasmonics for Improved Photovoltaic Devices. Nature Materials, 9, 205-213. https://doi.org/10.1038/nmat2629
[20]	Mertz, J. (2000) Radiative Absorption, Fluorescence, and Scattering of a Classical Dipole near a Lossless Interface: A Unified Description. Journal of the Optical Society of America B—Optical Physics, 17, 1906-1913. https://doi.org/10.1364/JOSAB.17.001906
[21]	Chylek, P. (1986) Absorption and Scattering of Light by Small Particles. Applied Optics, 25, 3166.
[22]	Im, J.H., Kim, H.S. and Park, N.G. (2014) Morphology-Photovoltaic Property Correlation in Perovskite Solar Cells: One-Step versus Two-Step Deposition of CH3NH3PbI3. APL Materials, 2, Article ID: 081510. https://doi.org/10.1063/1.4891275
[23]	Ahmadi, T.S., et al. (1996) Shape-Controlled Synthesis of Colloidal Platinum Nanoparticles. Science (New York, NY), 272, 1924-1926. https://doi.org/10.1126/science.272.5270.1924
[24]	Jang, T., Youn, H., Shin, Y.J., et al. (2014) Transparent and Flexible Polarization-Independent Microwave Broadband Absorber. Acs Photonics, 1, 279-284. https://doi.org/10.1021/ph400172u
[25]	Wu, Y., Ren, S., Xu, X., et al. (2014) Engineered Fluorescence of Quantum Dots via Plasmonic Nanostructures. Solar Energy Materials & Solar Cells, 126, 113-119. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2014.03.050
[26]	Liu, L., Zeng, W., Hu, S., et al. (2017) Polarization-Dependent Fluorescence of CdSe/ZnS Quantum Dots Coupling to a Single Gold-Silver Alloy Nanotube. Journal of Alloys and Compounds, 731, 753-759. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.10.053

摘要: 在入射光的激發(fā)下，銀納米顆粒(Ag NPs)表面發(fā)生的局域表面等離激元共振效應(yīng)具有近場增強的作用，這種效應(yīng)有望增強對CsPbIBr2鈣鈦礦材料的激發(fā)態(tài)密度從而提高光伏器件的光電轉(zhuǎn)換效率。另外，Ag NPs的前向散射會提高入射光的光程，有助于提高光吸收?；诖?，本文設(shè)計了基于Ag NPs的局域表面等離激元增強型CsPbIBr2鈣鈦礦光伏器件，利用Ag NPs改善結(jié)構(gòu)為FTO/ZnO/CsPbIBr2/Carbon的CsPbIBr2光伏器件的性能。我們利用時域有限差分法對基于Ag NPs的局域表面等離激元增強型CsPbIBr2鈣鈦礦光伏器件結(jié)構(gòu)進行了相關(guān)的數(shù)值模擬，通過調(diào)控模型中FTO襯底表面上Ag NPs的間隔尺寸得到了具有不同Ag NPs表面覆蓋比的CsPbIBr2鈣鈦礦光伏器件，進而模擬得到器件的吸收率以及各光伏器件剖面的電場分布情況。模擬結(jié)果表明，Ag NPs的局域表面等離激元增強效應(yīng)以及前向散射效應(yīng)有望改善CsPbIBr2鈣鈦礦光伏器件的性能，在理論上預(yù)言了本文設(shè)計的可行性，也為實驗制備高效CsPbIBr2光伏器件提供了一定的理論指導。

標簽：銀納米顆粒,局域表面等離激元,時域有限差分法,CsPbIBr2鈣鈦礦太陽能電池,Ag

原文請看：https://www.hanspub.org/journal/PaperInformation?paperID=49920如有侵權(quán)，請聯(lián)系我們！