硅/有機物雜化太陽能電池的制備及性能研究

【摘要】：硅／有機物雜化太陽能電池結(jié)合了硅材料優(yōu)良的光電性能,以及有機物成本低、易加工的優(yōu)勢,避免了傳統(tǒng)晶體硅太陽能電池的高溫制備過程,成為了人們研究的熱點。本文制備了高效硅／聚3,4乙烯基二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)雜化太陽能電池,研究了其載流子傳輸機制。通過對硅納米線表面形貌進行優(yōu)化,選擇反射率以及成膜性兩者結(jié)合最佳的條件,制備得到的硅納米線/PEDOT:PSS雜化太陽能電池效率高達13.1%。此外還研究了非晶硅鈍化作用,旨在尋求一種低溫低能耗的鈍化膜。本文的主要工作包括：(1)通過優(yōu)化電池的制備工藝,得到效率高達11.3%的平面硅/PEDOT:PSS雜化太陽能電池。采用多種方式探索其載流子傳輸機制：(a)測試電容-電壓特性曲線,得到內(nèi)建電勢為0.8eV,證實硅片已達到強反型狀態(tài)；(b)測試變溫暗場電流電壓曲線,根據(jù)少子擴散機制,得到激活能為1.12 eV,與硅的禁帶寬度相同,證明電池是p-n同質(zhì)結(jié)；同時采用多子擴散機制得到勢壘高度為1.01 eV,與電容-電壓測試得到的數(shù)值不符,排除肖特基結(jié)；(c)測試正負偏壓下電池的少子壽命,均沒有變化,證實電池已處于強反型狀態(tài)。綜上,硅/PEDOT:PSS雜化太陽能電池屬于反型電池,硅片近表面區(qū)域發(fā)生反型。(2)研究硅納米線表面形貌對有機無機雜化太陽能電池的影響：采用金屬輔助化學蝕刻法制備硅納米線,通過優(yōu)化表面形貌得到硅納米線/PEDOT:PSS雜化太陽能電池,效率高達12.0%。通過結(jié)合氧化鋁模板制備得到排列有序的硅納米線,采用熱氧化-氫氟酸處理,實現(xiàn)對硅納米線直徑的可控。采用最低反射率以及最低填充率的硅納米線,制備硅納米線/PEDOT:PSS雜化太陽能電池,PEDOT:PSS在最低填充率的硅納米線上成膜較好,雜化電池效率高達13.1%。由于PEDOT:PSS使硅片反型,有效鈍化硅片,提高少子壽命。(3)非晶硅對硅片具有良好的鈍化作用,非晶硅層厚度為5nm時,少子壽命由21.0μs提高至57.5μs。采用本征非晶硅鈍化硅片的雙面和硅片的正面,制備得到的硅/PEDOT:PSS雜化太陽能電池效率分別為4.45%、5.61%。采用非晶硅做硅片的背場,制備的硅/PEDOT:PSS雜化太陽能電池,開路電壓提升20 mV,內(nèi)建電勢提高0.13 eV。但其他參數(shù)均下降,導致電池效率下降至6.65%。分析其原因,可能是由于非晶硅薄膜電阻過大或非晶硅與PEDOT:PSS存在勢壘影響了載流子的傳輸。 【關鍵詞】：雜化太陽能電池 PEDOT:PSS 硅納米線 反型 非晶硅 鈍化
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-13
• 第二章 文獻綜述13-31
• 2.1 引言13-14
• 2.2 太陽能電池基礎14-16
• 2.3 太陽能電池的種類16-22
• 2.3.1 硅太陽能電池16-17
• 2.3.2 有機太陽能電池17-18
• 2.3.3 有機-無機雜化太陽能電池18-22
• 2.4 硅納米線的制備及其在光伏器件中的應用22-29
• 2.4.1 硅納米線的制備方法22-25
• 2.4.2 硅納米線在光伏器件中的應用25-29
• 2.5 本文的研究目的和意義29-31
• 第三章 實驗方案及實驗設備31-37
• 3.1 實驗方案31-32
• 3.1.1 硅/PEDOT：PSS雜化太陽能電池反型的證明31
• 3.1.2 硅納米線/PEDOT：PSS雜化太陽能電池的制備及性能表征31-32
• 3.1.3 非晶硅對硅/PEDOT：PSS雜化太陽能電池的影響32
• 3.2 實驗設備及測試儀器32-37
• 3.2.1 掃描電子顯微鏡32-33
• 3.2.2 熱蒸發(fā)鍍膜系統(tǒng)33
• 3.2.3 直流反應磁控濺射系統(tǒng)33
• 3.2.4 等離子體化學氣象沉積33-34
• 3.2.5 電流-電壓特性曲線測試系統(tǒng)34
• 3.2.6 量子效率測試系統(tǒng)34
• 3.2.7 電容-電壓特性曲線測試系統(tǒng)34-35
• 3.2.8 少子壽命測試儀35-37
• 第四章 硅/PEDOT：PSS雜化太陽能電池反型的證明37-49
• 4.1 引言37
• 4.2 實驗37-38
• 4.2.1 PEDOT：PSS薄膜的制備37-38
• 4.2.2 硅/PEDOT：PSS雜化太陽能電池的制備38
• 4.3 結(jié)果與討論38-47
• 4.3.1 PEDOT：PSS薄膜及硅/PEDOT：PSS雜化太陽能電池性能的表征38-41
• 4.3.2 硅/PEDOT：PSS雜化太陽能電池電容-電壓結(jié)果的討論41-42
• 4.3.3 硅/PEDOT：PSS雜化太陽能電池載流子傳輸機制的研究42-45
• 4.3.4 硅/PEDOT：PSS雜化太陽能電池少子壽命的研究45-47
• 4.4 小結(jié)47-49
• 第五章 硅納米線/PEDOT：PSS雜化太陽能電池的制備及性能表征49-61
• 5.1 引言49-50
• 5.2 實驗50-51
• 5.2.1 硅納米線的制備50-51
• 5.2.2 硅納米線直徑的控制51
• 5.2.3 硅納米線/PEDOT：PSS雜化太陽能電池的制備51
• 5.3 結(jié)果與討論51-58
• 5.3.1 MACE法制備硅納米線及硅納米線/PEDOT：PSS雜化太陽能電池51-55
• 5.3.2 AAO模板法制備硅納米線及硅納米線/PEDOT：PSS雜化太陽能電池55-58
• 5.4 小結(jié)58-61
• 第六章 非晶硅對硅/PEDOT：PSS雜化太陽能電池的影響61-73
• 6.1 引言61-62
• 6.2 實驗62-63
• 6.2.1 非晶硅薄膜的制備62
• 6.2.2 硅/PEDOT：PSS雜化太陽能電池的制備62-63
• 6.3 結(jié)果與討論63-70
• 6.3.1 非晶硅鈍化對硅/PEDOT：PSS雜化太陽能電池的影響63-67
• 6.3.2 非晶硅背場對硅/PEDOT：PSS雜化太陽能電池的影響67-70
• 6.4 小結(jié)70-73
• 第七章 全文總結(jié)73-75
• 參考文獻75-83
• 致謝83-85
• 個人簡介85-87
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文與取得的其他研究成果87

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