Si/PEDOT:PSS杂化太阳能电池界面改性及其提效的研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:q157194179
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近年来,有机-无机混合异质结太阳能电池作为一种简单、低成本的新型太阳能电池而备受关注。聚(3,4-亚乙二甲基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)具有良好的光透过性和高导电率被广泛应用于硅基异质结太阳能电池领域。而利用更简单、低成本的方法去提升Si/PEDOT:PSS杂化太阳能电池性能是当前的研究方向之一。基于此,本文通过对PEDOT:PSS膜厚和硅片厚度进行调控,系统研究PEDOT:PSS膜厚及不同硅基底绒面结构对Si/PEDOT:PSS器件性能变化的影响规律,以达到改善器件性能的目的。系统研究旋涂速率及硅片减薄厚度对Si/PEDOT:PSS器件性能的影响。当旋涂速率为1000 rpm时,PEDOT:PSS膜厚适中,入射光能被充分吸收,同时电阻大小合适,获得了最佳器件池光电转化效率为2.98%。在此基础上,利用50wt%KOH溶液对500μm的n型单晶硅片进行不同程度的减薄处理,结果显示在反应温度为75℃条件下,减薄速度为22.1nm/s。而当硅片厚度在338μm时,制备的器件光电转化效率最佳,达到了5.17%。接下来,研究了硅纳米线(Si NWs)、硅正金字塔(Si Pa)及硅倒金字塔(Si IPa)三种不同绒面对Si/PEDOT:PSS杂化太阳能电池性能的影响。研究结果表明:相比于碱性制绒体系(KOH-IPA),金属辅助化学刻蚀法(MACE)绒面表现出优异的光减反能力,其中硅纳米线(Si NWs)陷光效果最好,光吸收率达到了90%,但因为其高密度的陷阱态促进了有机-无机界面处的载流子复合过程,器件性能最差。而正金字塔结构因为其本身的大尺寸结构的优势,在利用KOH溶液圆滑后能有效地降低表面积,同时微纳米结构分布更加均匀,这有利于抑制载流子的复合过程,形成良好的结接触,因此,器件的光电转化效率进一步提升至5.49%。最后,构建了一种大角度倒金字塔结构,使得倒金字塔谷底、谷峰超过126°。这种结构确保了PEDOT:PSS混合溶液更容易渗入微纳米结构硅基底,保证了足够的光吸收和较低的表面复合速度,同时,利用大通道的易进易出优势,在旋涂过程中可以有效地降低谷底溶液的堆积,形成大面积高质量的结接触。因此,光电转化效率进一步获得提升,达到了6.04%。通过以上研究表明,有机-无机混合异质结太阳能电池在未来高效、低成本太阳能电池中具有广阔的应用潜力。
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