Optische Nanoantennen für das Photonmanagement in photovoltaischen Solarzellen

用于光伏太阳能电池光子管理的光学纳米天线

• 批准号: 135781706
• 负责人: Professor Dr. Gero von Plessen
• 金额: --
• 依托单位: I. Physikalisches Institut A - Physik neuer Materialien
• 依托单位国家: 德国
• 项目类别: Research Grants
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 德国
• 起止时间: 2008-12-31 至 2014-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/135781706?language=en
• 关键词: Optische; Nanoantennen; das; Photonmanagement; photovoltaischen

Ziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung von Nanoantennen für das Photonmanagement in photovoltaischen Solarzellen. Diese Nanoantennen bestehen aus dielektrischen bzw. metallischen Nanopartikeln und sollen dazu eingesetzt werden, die Effizienz von Fluoreszenzkonzentrator- und Frequenzdownkonverterschichten zu verbessern. Solche Schichten haben die Aufgabe, Sonnenlicht zu konzentrieren bzw. in Wellenlängenbereiche umzuwandeln, die für die photovoltaische Konversion günstiger sind. Ihre Effizienz wird häufig dadurch beeinträchtigt, dass die strahlenden Ausbeuten der in ihnen enthaltenen emittierenden Spezies – z. B. organische Fluorophore, Halbleiterquantenpunkte oderseltene-Erd-Ionen – durch nichtstrahlende Relaxationsvorgänge, insbesondere Elektron- Phonon-Wechselwirkung oder Konzentrationsquenchen, stark reduziert werden. Ein Ziel der geplanten Arbeiten ist es, zu einer Lösung dieses Problems beizutragen, indem die Quanteneffizienz der emittierenden Spezies gesteigert wird. Mittels Experimenten und Modellrechnungen soll versucht werden, die Emitter über das optische Nahfeld mit Nanopartikeln aus hochbrechenden Dielektrika oder Edelmetallen so zu koppeln, dass ihre Abstrahlrate stark erhöht und hierdurch die Wirkung der nichtstrahlenden Relaxation reduziert wird. Derartige optischen Antenneneffekte wurden in zahlreichen Untersuchungen, insbesondere an einzelnen Farbstoffmolekülen in Wechselwirkung mit Metallnanopartikeln und dielektrischen Nanospitzen, nachgewiesen. Hier soll insbesondere erstmals die Frage untersucht werden, ob Nanopartikel aus hochbrechenden Dielektrika – wie TiOx oder ZrOx – in einem für Anwendungen ausreichenden Maße als Nanoantennen wirken und aufgrund ihrer fehlenden optischen Absorption möglicherweise sogar Vorteile gegenüber Edelmetallteilchen aufweisen.Ein weiteres Ziel der geplanten Arbeiten ist es, die Emission mittels geeigneter Geometrie und Anordnung der Nanoantennen relativ zu den Emittern so räumlich auszurichten, dass sie entweder bevorzugt in der Schicht oder senkrecht dazu abstrahlen. Die erste Art der Ausrichtung könnte helfen, Verluste bei der Lichtführung im Fluoreszenzkonzentrator zu minimieren, die zweite bei der Lichtausbreitung von einer Frequenzdownkonverterschicht hin zur photovoltaischen Schicht. Gleichzeitig ist so weit wie möglich zu verhindern, dass das emittierte Fluoreszenzlicht durch Streuung bzw. Beugung an Nanopartikeln in unerwünschte Richtungen abgelenkt wird.Ein weiteres Ziel ist es, mittels der Nanoantennen die Einkopplung des anregenden Lichtes in die Emitter verbessern. Es soll auf diese Weise die Anregungsrate der Emitter gesteigert werden. So ließen sich beispielsweise die sehr niedrigen Absorptionsquerschnitte seltener- Erd-Ionen steigern und die nötigen Wechselwirkungslängen des Lichtes mit der emittierenden Schicht stark verkürzen bzw. die räumliche Dichte der Emitter reduzieren. Auch in diesem Zusammenhang ist die Frage interessant, ob Nanopartikel aus hochbrechenden Dielektrika aufgrund ihrer fehlenden optischen Absorption Vorteile gegenüber Edelmetallteilchen aufweisen. Darüber hinaus sollen die Erkenntnisse aus diesem Teil der Untersuchungen in die Arbeiten der Projektpartner zur Verbesserung der Lichteinkopplung in siliziumbasierte Dünnschichtsolarzellen einfließen.Die durch die Nanoantennen bewirkten Effizienzgewinne der Fluoreszenzkonzentrator- und Frequenzdownkonverterschichten sollen schließlich am realen System erprobt werden, indem die Schichten in Solarzellen integriert werden und diese in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern optisch und elektrisch charakterisiert werden. Bei einem Erfolg des Vorhabens sollte sich im Rahmen dieser Charakterisierung eine merkliche Steigerung des Konversionswirkungsgrades infolge der Verwendung von Nanoantennen nachweisen lassen.

[2]张志强，张志强，张志强，等。纳米天线技术在太阳能光伏发电中的应用。纳米天线的研究与应用。金属学纳米粒子与太阳能聚光技术，荧光浓缩效率与频率下聚焦技术。[中文]:Solche Schichten haben die Aufgabe， sonnenlich, konzentrieren bzw。在Wellenlängenbereiche umzuwandeln中，die f8r die photovoltaische konversiongnstiger sind。Ihre Effizienz wnd häufig dadurch beeinträchtigt, dass die strahenden aushenden in ihnen enthaltenen emittienden Spezies - z. B.有机荧光团，halbiterquantenpunkte oderseltenne - erd - ionen - durch nichtstrahlende Relaxationsvorgänge, insbesonere Elektron- Phonon-Wechselwirkung oderkonzentrationsquenchen, stark reduziert werden。Ein Ziel der geplanten arbebeist, zu einer Lösung dieses Problems beizutragen, indem die quanteneffizien der emiterenden Spezies gesteigigt wind。Mittels实验与模型研究与技术研究（Mittels experimentungen soll versucht werden, die Emitter）； Mittels光学研究与技术研究（mittsche Nahfeld）纳米粒子研究与技术研究（mittsche Nahfeld）纳米粒子研究与技术研究（mittsche Nahfeld）纳米粒子研究与技术研究（mittsche Nahfeld）纳米粒子研究与技术研究（mittsche Nahfeld）纳米粒子研究与技术研究（mittsche Nahfeld）金属纳米粒子与介质纳米粒子，纳米粒子与介质纳米粒子，纳米粒子，纳米粒子，纳米粒子。he soll insonere erstals die Frage unsusuden, he Nanopartikel aus hochbrechenden Dielektrika - wie TiOx oder ZrOx - in einem f<e:1> r Anwendungen ausreichenen Maße al Nanoantennen wirken and auhlenden optischen Absorption möglicherweise sogar Vorteile gegenen ber edelmetalteilchen aufweisen。在此基础上，研究了纳米天线的几何特性和纳米天线的几何特性，并对纳米天线的几何特性和纳米天线的几何特性进行了研究。技术研究与应用研究könnte helfen，荧光集中器研究与应用研究，光电集中器研究与应用研究。gleichzetitiist so weit wie möglich zu verhindern， dass as emittierte萤光灯（fluzenzlight） duruung bzw。在unerwnschte Richtungen abgelenkt风中的微粒子和纳米粒子。在weiteres Ziel - ist中，mittels研究了纳米天线在die einkopplplen中的应用，以及在die Emitter中的应用。他还提出了一种新的解决方案，即采用一种新的方法来解决这个问题。所以ließ ßen siich beispielsweise die sehr niedriigen Absorptionsquerschnitte seltener- Erd-Ionen steigern und die nötigen Wechselwirkungslängen des Lichtes mit der emittierenden Schicht stark verkrzen bzw。die räumliche Dichte der Emitter reduzieren。纳米粒子的光学吸收特性与光学吸收特性；纳米粒子的光学吸收特性与光学吸收特性。在德国，我们将在德国，在德国，在德国，在德国，在德国，在德国，在德国，在德国，在德国，在德国，在德国，在德国，在德国，在德国。纳米天线，荧光浓缩器，高效荧光浓缩器，频率浓缩器，太阳能浓缩器，太阳能浓缩器，太阳能浓缩器，太阳能浓缩器，太阳能浓缩器，太阳能浓缩器。在此基础上，我们进一步研究了纳米天线和纳米天线之间的相互作用。