Effects of Plasmonic Metal Core -Dielectric Shell Nanoparticles on the Broadband Light Absorption Enhancement in Thin Film Solar Cells

Abstract

To guide the design of plasmonic solar cells, theoretical investigation of core (metal)-shell (dielectric) nanoparticles for light absorption enhancement in thin film Si solar cells is performed. In contrast to the reported simulations and experimental results that rear-located surface plasmon on bare metallic nanoparticles is preferred, the core-shell nanoparticles demonstrate better performance when surface plasmon is located in front of a solar cell. This has been attributed to the enhanced forward scattering with vanishing backward scattering preserved over a wide spectral range in core-shell nanoparticles. This work provides a concept to achieve enhanced forward scattering with weakened backward scattering in plasmonic thin film solar cells.

Numerical Study of an Efficient Solar Absorber Consisting of Metal Nanoparticles

“…When the wavelength is over 2500 nm, the absorption is below 20%. Although there are lots of MDM absorbers proposed for solar light absorbing [ 26 , 27 – 32 ], the absorbing performance of our FMA exceed many other MDM absorbers. The absorption efficiency of FMA is high, and the absorbing bandwidth is quite broad.…”

Металлодиэлектрические Наночастицы Типа Ядро–оболочка

“…Последний множитель в выражении для поля (2) с учетом (4) можно представить в виде (5) где ε 1 , ε 2 диэлектрические проницаемости шара и окружающей его среды соответственно. Согласно формуле, приведенной в [11], для квазистатического приближения (k 0 d << 1, где k 0 = ω/c, ω -частота электромагнитной волны), котангенс функции фазы дипольной гармоники ctg(a(d)) на границе частицы равен √ -2.…”

“…Резонансы перекрывают спектр примерно от 0.16 до 0.24 мкм. Варьируя отношение радиусов оболочки в этом расчете в диапазоне (5,40), приходим к графику зависимости, показанному на рис. 2б.…”

“…Такие частицы в современной научной терминологии получили название частиц типа ядро-оболочка. Исследовательский интерес к теоретическому изучению металлодиэлектрических наночастиц типа ядрооболочка подтверждается большим количеством публикаций на эту тему в научных изданиях [1][2][3][4][5][6][7].…”

Efficient broadband infrared absorbers based on core-shell nanostructures

“…The second approach is more flexible and promising from the viewpoint of practical realization. In fact, various core-shell structures have already become objects of numerous studies exploiting unique design possibilities opened by combining dielectric properties of the shell and core, which are not accessible for those based on single-component materials or alloys [17,[19][20][21].…”