溶液法制备硅/Ti3C2Tx MXene肖特基结太阳电池

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晶硅太阳电池因光电性能优良、稳定性良好、制备工艺成熟以及硅原材料丰富等优势,占据着90%以上的光伏市场。得益于光伏政策引导和关键技术改良,近年来晶硅太阳电池的制造成本已大幅度下降,但是在未来的大规模应用背景之下,进一步提升器件的性价比仍然是非常重要的。在探索低成本、高效率太阳电池的过程中,硅基肖特基结/异质结太阳电池展现出了较强的竞争力。已有研究表明通过低成本方法制备的PEDOT:PSS、CNTs、石墨烯和金属氧化物可以与晶硅形成良好的肖特基结/异质结接触,这为制备高性价比的太阳电池奠定了坚实的基础。因此,本研究以n型单晶硅为基底、新兴二维材料MXene薄膜为载流子传输层,在室温条件下尝试用溶液法制备新型Ti3C2Tx MXene/n-Si肖特基结太阳电池,探索改善Ti3C2Tx MXene/n-Si肖特基结太阳电池性能的有效途径。所开展的研究内容和结论摘要如下:(1)通过在硅片表面滴涂MXene乙醇悬浮液,随后在空气中自然干燥的方法制备了Ti3C2Tx MXene/n-Si新型肖特基结太阳电池。在标准AM 1.5G模拟太阳光下该太阳电池的光电转换效率达到了5.70%,同时通过异质结界面改良以及二维材料性能改善等方法大幅提高了光电转换性能。实验发现,在MXene薄膜上旋涂SnCl2溶液可以有效减少光反射,改善异质结质量以及MXene薄膜与顶电极的接触,进而抑制载流子复合,器件光电转换效率进一步提升至6.95%。该制备方法较为简单且性能提升显著,这为开发新型太阳电池提供了有价值的探索。(2)通过在MXene薄膜表面旋涂SnCl4溶液的方法,改善了MXene薄膜的导电性能,减少了MXene/n-Si界面处的缺陷,实验结果表明,Ti3C2Tx MXene/n-Si肖特基结太阳电池的光电性能得到了显著的提升,器件的性能稳定性也得到了改善。此外,MXene薄膜与硅表面刻蚀的微米级金字塔结构具有良好的匹配度。在经过上述SnCl4处理MXene薄膜以及湿化学法刻蚀硅表面金字塔结构后,对应器件的光电转换效率从4.64%提升至9.23%。同时,器件在空气中存放30天后,器件效率为初始效率的88%,远高于参照器件67%的保持率。
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