Si/PEDOT:PSS太阳能电池复合界面与陷光性微结构优化研究

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硅和聚3,4-乙烯二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸(Si/PEDOT:TSS)组成的异质结太阳能电池因其聚合物制备过程简单、器件性能良好以及成本低廉等优点,成为一种优良的光伏电池的制备技术。其陷光性结构优化、复合界面改性与器件结构改造对提高电池器件效率具有重要意义并成为太阳能电池领域中的研究热点。本文采用MACE法、水热法、化学腐蚀等多种方法制备样品,采用SEM、UV-Vis、少子寿命测试、太阳能电池测试系统等一系列表征手段对异质结太阳能陷光性微观结构优化、复合界面改性进行了具体研究:(1)在不同的蚀刻条件下,研究了不同抗蚀剂对硅片的保护作用,证实了3M9495MP双面胶带的有效性。(2)采用复合MAC与化学腐蚀法制备了多孔硅金字塔结构硅材料,并研究沉银时间、刻蚀时间和AgNO3浓度等多种因素对合成过程的影响。结果表明沉银时间为2min;刻蚀时间为3min,AgNO3浓度为2.5mM时制备的样品形貌性能最佳,实现提高电池性能的目的。(3)通过多种化学物理方法制备了一系列的硅金字塔、纳米线、和多孔硅金字塔复合结构材料,利用一系列表征手段对比了不同微纳结构和有机复合层的结合情况与最终复合电池的光电转换效率,结果表明纯硅金字塔结构与有机层复合情况最好,其光电效率依次为:硅金字塔(9.54%)>多孔硅金字塔(9.26%)>平面硅(8.70%)>硅纳米线(6.58%)。虽然多孔金字塔硅复合结构的陷光性较高,但其与有机材料复合度低于纯金字塔结构,而造成其光电转化效率低于硅金字塔衬底,侧面证明了太阳能电池器件的性能是微观纳米结构和复合能力共同作用的结果。(4)通过对比证明,在以金字塔为基底的电池器件中,PEDOT:PSS的光电转化效率为9.54%优于P3HT,其PCE为2.66%。而通过引入DEP和TAPC添加剂,可实现对其复合界面的改性。结果表明,界面层的引入有效提高了器件的少子寿命、VOc、Jsc和 PCE性能,在不同的三种电池结构中,DEP/Ag/PEDOT:PSS/TAPC/n-Si/PCBM/Al性能最佳,其少子寿命和光电转化效率分别达到49.36μs和10.51%。DEP的引入有效改善了多孔硅金字塔与有机复合界面接触情况,使该结构优异的陷光性得到充分发挥,在二者的协同效应下,器件性能从平面硅的8.70%提高到11.52%。
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