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《暨南大学》 2016年
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新型硅基异质结光伏器件的构建及性能研究

梁智敏  
【摘要】:传统硅基太阳能电池不仅转换效率高,而且其使用寿命长达20年以上。然而,硅太阳能电池的制作要用到高温扩散,离子注入等复杂且高成本的工艺。如何进一步降低制备温度和简化制备工艺是硅基太阳能电池发展的趋势。其中,采用新型电荷传输层与硅结合形成异质结光伏器件和利用硅纳米结构来增加陷光能力来提高硅基电池的效率成为了人们研究的热点。本论文结合硅纳米结构阵列及其表面修饰方法,研究了硅/PEDOT:PSS杂化太阳能电池和硅/过渡金属氧化物(TMO)异质结光伏器件的界面特性和光电特性。主要研究内容分为以下三部分:(1)分别采用金属辅助刻蚀法和各向异性刻蚀法制备出排列有序的硅纳米线(SiNWs)和硅金字塔阵列,研发了硅表面的甲基化表面处理工艺,并且展示了表面处理工艺可对硅纳米线间距进行有效的调控,并从实验揭示了甲基化处理的硅表面比氢化的表面具有更强的抗氧化性。(2)本实验以P型有机材料PEDOT:PSS作为空穴传输层,制备了硅/PEDOT:PSS杂化太阳能电池。研究了顶覆盖和底覆盖两种不同覆盖形貌的器件,发现底覆盖的器件取得最优的性能。通过采用开尔文探针显微镜(Kelvin probe force microscope,KPFM)研究了硅/PEDOT:PSS异质结的能带排列结构。通过COMSOL模拟计算发现硅纳米线和硅基底对光的吸收同等重要,因此,推断出结区和吸光区的位置匹配与否是形成高效SiNWs/PEDOT:PSS杂化太阳能电池的关键因素。(3)用热蒸发法分别在氢化和甲基化钝化的硅表面上制备超薄的过渡金属氧化物(Transition metal oxides,TMO)薄膜,并组装成硅/过渡金属氧化物(TMO)异质结光伏器件。在实验上分别研究了不同的氧化物材料对器件性能的影响,发现硅/MoO_(3-x)异质结的界面反应最小,能带结构最理想,从而具有最佳的性能。此后,进一步研究了甲基化和氢化表面对异质结器件性能的作用,发现甲基化表面可以导致能带向上弯曲和有效地抑制界面反应,有利于提高电荷的收集能力。因此,甲基化的硅/MoO_(3-x)异质结器件取得了最高9.4%的转换效率。
【学位授予单位】:暨南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TM914.4

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