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多晶硅/PEDOT:PSS异质结太阳能电池的设计及制备研究

Sami Iqbal  
【摘要】:太阳能电池是未来最有前景的能源之一。不同于化石燃料等不可再生能源,太阳能是一种可再生能源。由于太阳能可免费使用,开发利用方便;制作太阳能电池的材料主要为硅,它是地球上含量最丰富的元素之一。因此相比于其它能源,太阳能电池制作成本低廉。最重要的是,太阳能是一种洁净的能源,不会对自然环境造成污染。此外,任何气候变化也不会影响太阳释放到地球表面的能量。事实上,太阳能有助于消除化石燃料消耗带来的生产污染。本研究在探索光伏器件优点的同时,对提升太阳能电池的性能进行了重要探究。首先,从文献中寻找最优太阳能电池结构(平面—硅和随机—金字塔—硅),并对它们的光电特性建模分析。其次,实验制备平面—硅/PEDOT:PSS和随机—金字塔—硅/PEDOT:PSS杂化异质结电池。研究了异质结杂化太阳能电池的电学和光学特性,并分析了实验结果,以得到效率更高、制作成本低的太阳能电池器件的最优化参数。在本文中,我们展示了平面太阳能电池的制作过程。在此基础上,研究了表面钝化如何提高电荷分离、运输,降低复合的,从而提高平面—硅/PEDOT:PSS异质结太阳能电池结构的短路电流、开路电压、填充因子FF和光电转换效率。采用随机—金字塔—硅/PEDOT:PSS结构也得到了相同的结果。这种结构能增强光捕捉,增长入射光在器件中经过的距离。因此在表面钝化(自然氧化,SiOx)的作用下,短路电路、开路电压、填充因子FF和光电转换效率大幅提高,串联电阻和表面复合减少。研究表明,对于随机—金字塔—硅/PEDOT:PSS结构,腐蚀剂及其浓度的选择对湿法腐蚀影响很大。我们实验验证尺寸、周期、一致性和表面形态对太阳能电池的性能会产生影响。我们进行了大量采用碱性溶液腐蚀的实验研究,得到了随机—金字塔—硅/PEDOT:PSS太阳能电池的最佳腐蚀剂及其浓度。PEDOT:PSS聚合物与硅能产生高质量异质结,因此在异质结太阳能电池器件中,该聚合物可作为P型材料。因此,本研究证实相关硅表面钝化、表面形态一致性、周期性和光管理技术可增强光电流转换和太阳能电池器件的性能。


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