锥形硅/聚合物杂合pn结太阳能电池性能研究

来源 :华南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chukwokhung
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近几十年来,太阳能电池产业蓬勃发展,其应用不仅遍布军工科研,同时也深入寻常百姓家中。在世界范围内,太阳能主要以无机材料为主导,例如硅、锗等。但是无机太阳能电池材料制作过程耗能多,污染严重缺点严重地背离了太阳能电池普及的意义。此外制作高成本也使得太阳能电池价格高居不下,使得大部分百姓对太阳能电池望而却步,购买力主要倾向于政府政策,这种种限制大大制约了太阳能电池的发展与普及。  本论文为了解决太阳能电池高成本,制作工序复杂等缺点,且利用n型硅无机半导体材料电子迁移率高,有机聚合物半导体一般呈p型等特点,通过工艺简单的化学湿法腐蚀制备锥形,溶液旋涂来制备有机/锥形硅杂合的pn结太阳能活性层,重点研究了共轭聚合物材料在锥形硅表面的有机覆盖和接触、锥形硅表面的钝化和透明导电层及其与共轭聚合的接触等来实现高效率的锥形硅/聚合物杂合pn结太阳能电池,并对相关物理机制进行分析,主要研究内容如下:  (1)锥形硅的化学湿法腐蚀研究:  通过运用硅在碱性溶液中的各向异性腐蚀,调节腐蚀温度,腐蚀时间以及异丙醇的添加量来控制锥形硅阵列的表面形貌及获取优良的抗反射性。最终通过表面形貌,抗反射特性,拉曼及荧光光谱等的分析,选取了运用1.5 wt% KOH+3.8vol% IPA作为腐蚀液,80℃腐蚀20 min形成的锥形硅阵列作为pn结太阳能电池的n型材料;  (2)有机聚合物溶剂处理及其对太阳能电池影响的研究:  有机聚合物大多呈现p型,能很好的与n型硅形成良好的pn结特性。我们选用的p型有机聚合物为目前广泛使用的PEDOT∶PSS,PEDOT∶PSS溶液为水溶液,其并不能很好地附着在硅表面,特别是锥形硅表面,所以我们需要添加表面增稠剂C12E5来提高PEDOT∶PSS的粘附性能。同时,通过快速旋涂有机溶剂也能使得PEDOT∶PSS薄膜很好地填充在锥形硅表面。此外虽然购买的PEDOT∶PSS溶液具有良好的导电性,但是并不能满足作为杂合太阳能电池的p型层。所以通过研究DMSO改性使得溶液中PEDOT相和PSS相进行分离,使PEDOT∶PSS薄膜导电性能得到提升,相较于未添加DMSO的PEDOT∶PSS,其方阻下降了~239Ω/□,达到111.6Ω/□。  (3)混合Ag纳米线的制备及其在锥形硅/聚合物杂合pn结太阳能电池的应用研究:  市面中Ag纳米线均为同一规格,在使用中发现导电性和透光型不能兼得。研究通过混合两种不同规格的Ag纳米线,形成一种粗细交替的纳米线导电网络,将导电性和透光性提升到可以作为太阳能电池透明导电电极的级别。另外,混合银纳米线与锥形表面的聚合物的接触可以运用合适的旋涂速度来改善,研究表面,在悬涂速度维持在6000 rpm的时候,Ag纳米线透明导电电极既能很好地附着在锥形有机聚合物表面,又不至于引发太过稀薄导致的收集电荷能力的下降。运用通过改性的PEDOT∶PSS与锥形硅制作杂合pn结太阳能电池,6000 rpm旋涂混合Ag纳米线网络,最终太阳能电池短路电流密度达到27.19 mA/cm2,效率达到6.19%;  (4)碘酒表面钝化锥形的有机/无机太阳能电池研究:  硅表面,特别是经过制绒后的硅表面将存在许多缺陷及悬挂键,这将形成复合中心,焠灭激子,不利于太阳能电池性能的提升。因此我们运用碘酒处理硅片表面,钝化硅片表面悬挂键,提升少子寿命。最终发现太阳能电池性能有了很高的提升,最终达到了32.67 mA/cm2的短路电流密度及9.07%的效率。
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