Performance improvement of thin-film silicon solar cells using transversal and longitudinal titanium nitride plasmonic nanogratings

材料科学 光电子学 等离子体子 等离子太阳电池 氮化钛 薄膜 光伏 氮化硅 能量转换效率 图层(电子) 光伏系统 氮化物 纳米技术 聚合物太阳能电池 生态学 冶金 生物
作者
Zahra Khezripour,Fatemeh Fouladi Mahani,Arash Mokhtari
出处
期刊:Optical Materials [Elsevier BV]
卷期号:99: 109532-109532 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.optmat.2019.109532
摘要

Taking advantage of plasmonic nanostructures for light trapping in thin-film silicon solar cells has attracted ample attention among researchers. Titanium nitride (TiN) has recently been introduced as a promising material exhibiting plasmonic properties similar to gold while taking advantage of low cost, low loss, and CMOS compatibility. Moreover, utilization of TiN offers a good tunability since the optical properties of TiN depend on many fabrication parameters. In this work, transversal and longitudinal TiN nanograting arrays have been employed to act like perpendicular polarizers trapping the incident light in the active layer of the cell. Using optical and electrical simulations, it has been shown that the design provides a significant enhancement in the performance of thin-film silicon solar cells owing to the excitation of surface plasmon resonances and their resultant light trapping. Thanks to the employment of TiN nanogratings, the device offers a broadband absorption enhancement with a considerable improvement at the near infrared wavelengths in which the absorption of bare silicon layer is weak. The proposed thin-film cell results in short-circuit current and power conversion efficiency of about 26.46 mA/cm2 and 12.27%, respectively proving the proficiency of the design for performance improvement of thin-film photovoltaic systems.
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