Наноструктурированный нитрид титана, как новый плазмонный материал в кремниевой солнечной энергетике

Количество захваченных фотонов структурой тонкопленочных кремниевых солнечных элементов определяет их эффективность. В этой связи использование плазмонных наночастиц, внедренных в такую структуру, открывает новые потенциальные возможности для повышения эффективности этих устройствиз-за способности gkfpvjyys[ наночастиц локализовать свет. Для достижения высокой эффективности тонкопленочных солнечных элементов на основе плазмоники чаще всего предлагается использовать дорогостоящие благородные металлы, такие как золото (Au) и серебро (Ag). Нами продемонстрированавозможность повышения светопоглощенияс помощью плазмонных наночастиц нового типа – нитрида титана (TiN). Исследования выполнены с помощью метода конечных разностей во временной области (FDTD), обладающего высокими предсказательными возможностями. Было показано, что усиление светопоглощения для наночастиц TiN с диаметром 100 нм достигает 20%. В сочетании с низкой стоимостью такого материала, совместимостьюс CMOSструктурами и интегрируемостью с другими оптоэлектронными устройствами, это открывает перспективы его практического использования. Эффект усиления значительно возрастает в длинноволновой области, (красный и ближний инфракрасный диапазоны спектра) и сравним с использованиемнаночастиц золота на тонкопленочном кремнии. Усиление поглощения можно настроить с учетом особенностей солнечного спектра излучения, регулируя размер наночастиц TiN с помощью полученных данных о влиянии их размера на усиление поглощения.

Рис. 1. Относительное распределение поглощения световой энергии на единицу объема в кремнии
под наночастицей золота – (a)и нитрида титана– (b).

Рис. 2. Усиление светопоглощения (g) тонкопленочного кремния с разными типами наночастицв зависимости от их диаметра – золота (а) и нитрида титана – (b).

1. N. Venugopal, V. S. Gerasimov, A. E. Ershov, S. V. Karpov, S. P. Polyutov. Titanium Nitride as Light Trapping Plasmonic Material in Silicon Solar cell. // Optical Materials.V. 72, October 2017, Pages 397-402 (DOI: 10.1016/j.optmat.2017.06.035).