本文提出了一种在晶硅薄膜太阳能电池Si层中嵌入金属纳米颗粒的结构, 通过控制金属纳米颗粒的形状、材料以及间距等因素, 利用金属纳米颗粒表面激发出的局域表面等离激元共振效应(LSPR)提高晶硅薄膜太阳能电池对光的吸收。使用微纳光学仿真软件(FDTD)对不同条件下的Si层吸收率以及光生电子密度分布进行了仿真研究。研究发现, 相较于未嵌入纳米颗粒的薄膜太阳能电池, 当嵌入球形Ag纳米颗粒时, Si层吸收率在0.8~1.1μm波段范围内有显著的提高, 整体吸收率比未嵌入纳米颗粒Si层吸收率提高了23.1%, 光生电子密度在纳米颗粒周围显著升高。嵌入Ag、Au、Cu、Al四种纳米颗粒的情况下, 在0.45~1.1μm波段范围内, 吸收率曲线均出现波动, 且嵌入Al纳米颗粒时可以激发出更宽波段范围内的吸收峰, 当Al纳米颗粒存在时Si层的光生电子密度整体分布最好。在对两个Al纳米颗粒间距T为0.1μm、0.15μm和0.2μm三种情况的分析中, 当波段在0.45~0.75μm波段范围内时, T为0.1μm时吸收率表现较好; 而在0.9μm和1.0μm波段附近T=0.15μm时会激发出更宽的吸收峰, 且高于T为0.1μm和0.2μm时的吸收率, Si层上部区域整体光生电子密度更高。

在太阳能热化学两步法制氢过程中,金属氧化物颗粒物性随着体积分数、光程厚度的改变,对反应腔内颗粒系发生化学反应过程中辐射能量传递起着重要作用。为了获得ZnO颗粒系的光谱辐射特性,首先,实验方面采用悬浮液法测试了ZnO金属氧化物颗粒在300~1200 nm下的光谱透射率。其次,理论研究了体积平均粒径d43=13.9 μm、面积平均粒径d32=7.71 μm表示下的ZnO金属氧化物颗粒的辐射特性。结果可知: 对于d32=7.71 μm,其衰减系数、吸收系数、散射系数值分别约为2 cm-1、0.8 cm-1、1.2 cm-1;d43=139 μm 其衰减系数、吸收系数、散射系数值分别约为1.1 cm-1、0.5 cm-1、0.6 cm-1。通过对散射相函数以及散射不对称因子分析可知,光在传播中以前向散射为主,这样使太阳光更可能穿入粒子系内部。进而通过Mie理论结合比尔定律计算出两种粒径下的光谱透射率,通过与实验进行对比可知面积平均粒径d32表示的粒子系透射率与实验结果更接近。最后采用面积平均粒径d32并使用蒙特卡洛法模拟出不同厚度以及不同体积分数下的半球透射率、半球吸收率以及半球反射率。

当电子振动频率与入射光的频率相同时,部分金属纳米颗粒可以在其表面激发局部表面等离子共振效应(LSPR),该波长下颗粒的吸收增强。这种效应也被应用于增强拉曼光谱信号的强度。本文研究了以Ag为外壳材料、Si为内核的核壳结构纳米颗粒粒子系的吸收特性。采用时域有限差分方法求解了颗粒随机分布粒子系的吸收率,分析了颗粒体积分数、内核外壳尺寸、椭球化等因素对粒子系吸收特性的影响以及对吸收峰的调控作用。

太阳热反射涂料用在建筑物上可以节约空调制冷耗能,提高室内环境热舒适性。其作用效果与节能涂料的反射率密切相关。在太阳光谱范围内,反射率越大,效果越明显。通过实验研究波长、入射角及涂料厚度对反射率的影响。测量涂料在可见光区域内波长为635 nm及近红外区域内波长为980 nm的双向反射分布函数(BRDF),根据双向反射分布函数得到法向半球反射率,比较涂层厚度对半球反射率的影响。测试表明,涂料在镜反射方向出现明显的峰值,且随着入射角和波长的增大,前向散射峰值变大。涂层厚度对半球反射率的影响很小,入射波长为635 nm和980 nm时,半球反射率分别为83%和75%。