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高效率的光伏器件一直是解决未来能源问题的热点话题,但是太阳能电池的成本居高不下,成为阻碍太阳能电池广泛应用的主要障碍。基于Ⅲ-Ⅴ族半导体纳米线阵列的太阳能电池是新一代太阳能电池中的热门研究方向。纳米线独特的一维结构使得人们可以在单根纳米线上合成轴向、径向p-n结和异质结。单纯的纳米线阵列p-n结太阳能电池可以降低太阳能电池的成本,但是还远没有达到人们的预期水平。为了进一步降低太阳能电池的成本,本论文针对Ⅲ-Ⅴ族纳米线阵列结构引入金属纳米颗粒,激发表面等离激元,利用表面等离激元的光场局域作用提高纳米线阵列对太阳光的吸收效率,进一步提高Ⅲ-Ⅴ族半导体纳米线阵列太阳能电池的光电转换效率,降低纳米线太阳能电池的成本。本文围绕表面等离子激元对不同D/P比的GaAs纳米线阵列太阳能电池性能的影响展开研究。取得的主要研究成果如下:1、在对Ⅲ-Ⅴ族半导体纳米线阵列太阳能电池,与表面等离激元特性深入分析的基础上,提出了一种在半导体纳米线阵列中引入金属纳米颗粒激发表面等离激元的新型太阳能电池结构,能够结合纳米线阵列与表面等离激元对光场的束缚作用,极大的提高低密度的纳米线阵列太阳能电池的光电转换效率,降低太阳能电池的成本。2、基于时域有限差分法,利用FDTD Solution仿真软件对上述纳米线复合结构太阳能电池进行了光学性能分析,具体包括纳米线阵列内部的光场分布,纳米金属颗粒对纳米线阵列太阳光吸收的促进效果,纳米线阵列的光反射率等光学特性。通过不断优化纳米线阵列的结构参数,与金属纳米颗粒的尺寸材料等参数,通过优化后的新型结构的太阳能电池的光吸收率与普通太阳能电池的光吸收率的实验对比表明:在纳米线阵列中引入金属纳米颗粒,可以明显的提高低密度阵列太阳能电池在近带隙波段对入射光的捕获与吸收能力。3、基于对器件光学特性分析得到的数据,利用Sentaurus仿真软件对该太阳能电池的电学特性进行了分析。结果表明:在纳米线阵列中引入合适尺寸的金属纳米颗粒后,通过不断优化纳米线阵列与金属颗粒的结构参数,新型结构的纳米线阵列太阳能电池在D/P比(直径周期比)为0.3时,光电转换效率可以提高22%。改变入射光的入射角度,金属颗粒形状与分布等形貌特征,进行了太阳能电池光伏特性深入分析。研究结果表明:(1)在斜入射的情况下,引入表面等离激元同样能够显著的提高纳米线阵列的光电转换效率;(2)金属颗粒在纳米线侧壁的分布越均匀,纳米线阵列太阳能电池的性能越好。4、根据实验室条件,进行太阳能电池器件的实验研究。制成的太阳能电池的J-V曲线具有二极管特性,由于纳米线掺杂浓度与纳米线表面耗尽层的影响,使得太阳能电池器件的串联电阻较大。由于p-n结界面的弯曲,使轴向p-n结太阳能电池的漏电流随反向偏压的增加迅速增大。上述基于Ⅲ-Ⅴ族半导体纳米线阵列太阳能电池的一系列研究,对进一步降低新一代太阳能电池的材料成本具有重要意义。