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Plasmonic Light-Trapping Concept for Nanoabsorber Photovoltaics

Brady, Brendan und Steenhof, Volker und Nickel, Benedikt und Blackburn, Arthur M. und Vehse, Martin und Brolo, Alexandre G. (2019) Plasmonic Light-Trapping Concept for Nanoabsorber Photovoltaics. ACS Applied Energy Materials, 2 (3), Seiten 2255-2262. American Chemical Society (ACS). doi: 10.1021/acsaem.9b00039. ISSN 2574-0962.

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Offizielle URL: https://doi.org/10.1021/acsaem.9b00039

Kurzfassung

Plasmonic nanoparticles were once sought to harness enormous potential for light-trapping in inorganic thin-film photovoltaics. However, the incorporation of such metallic nanostructures near solar cell absorbing layers without inducing overall harm to performance has proven to be a major obstacle. Herein, we demonstrate a solar cell design which integrates a periodic array of plasmonic Ag nanoparticles within the p-i-n structure of a-Ge:H ultrathin optical cavity solar cells. The plasmonic solar cells showed a 33% short-circuit current density increase relative to geometrically identical cells where the Ag nanoparticles were replaced by SiO2. We experimentally mapped the localized surface plasmon excitations on the surface of Ag nanoparticles embedded in the optoelectronic device using electron energy loss spectroscopy and correlated the results to the device performance. Using three-dimensional optical simulations, we further explored the light-trapping mechanisms responsible for the observed performance enhancements. The nanostructured cells produced localized and tunable charge carrier generation enhancements while maintaining the planar geometry of the ultrathin absorbing layer. Therefore, this design concept provides a direct and useful avenue for initial light-trapping efforts in next-generation photovoltaics based on ultrathin nanoabsorbers, such as few layer transition metal dichalcogenides.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/132403/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Plasmonic Light-Trapping Concept for Nanoabsorber Photovoltaics
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Brady, BrendanCentre for Advanced Materials and Related Technology, University of VictoriaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Steenhof, VolkerDLR Institute of Networked Energy SystemsNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Nickel, BenediktDLR Institute of Networked Energy SystemsNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Blackburn, Arthur M.Centre for Advanced Materials and Related Technology, University of VictoriaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Vehse, Martinmartin.vehse (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0578-6121NICHT SPEZIFIZIERT
Brolo, Alexandre G.Centre for Advanced Materials and Related Technology, University of VictoriaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:11 Februar 2019
Erschienen in:ACS Applied Energy Materials
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:2
DOI:10.1021/acsaem.9b00039
Seitenbereich:Seiten 2255-2262
Verlag:American Chemical Society (ACS)
ISSN:2574-0962
Status:veröffentlicht
Stichwörter:plasmonic solar cell, metallic nanoparticles, photovoltaic devices, surface-plasmon resonance, TMDC, light-trapping, nanophotonics, localized surface plasmons, photovoltaics, solar cells 
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:TIG Technologie, Innovation und Gesellschaft
HGF - Programmthema:Erneuerbare Energie- und Materialressourcen für eine nachhaltige Zukunft
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SY - Energiesystemanalyse
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Energiesystemtechnik (alt)
Standort: Oldenburg
Institute & Einrichtungen:Institut für Vernetzte Energiesysteme > Stadt- und Gebäudetechnologien
Hinterlegt von: Kröner, Dr. Michael
Hinterlegt am:16 Dez 2019 12:31
Letzte Änderung:09 Apr 2020 14:14

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