宽光谱响应GaAs/石墨烯肖特基结太阳电池的制备与界面调控

发布时间：2021-12-19 07:30

　　太阳电池改变了人们从环境获取能源的方式。目前,市场占有率最高,应用最广的太阳电池是Si基薄膜太阳电池。然而,Si属间接带隙半导体,并且其光吸收吸收系数小,载流子迁移率低,限制了电池光电转化效率的进一步提升。与Si相比,GaAs是一种直接带隙半导体,具有理想的光吸收性能及更高的载流子迁移率,因此更适合制备高性能光伏器件。但是,高昂的材料生长及器件制作成本阻碍了这种电池的规模化生产以及推广应用。作为近年来开发的一种低成本高性能太阳电池技术,GaAs/石墨烯肖特基结太阳电池得到了人们广泛的关注。然而,目前GaAs/石墨烯肖特基结太阳电池与传统GaAs电池相比性能仍然较低,稳定性较差。这主要是由以下三方面原因造成:第一,目前报道的器件主要采用叠层转移/单层石墨烯制作,转移过程中引入了大量的界面缺陷,造成器件开路电压下降;第二,GaAs/石墨烯界面复合严重;第三,GaAs/石墨烯肖特基结太阳电池的光谱响应范围有限。本论文围绕高效GaAs/石墨烯肖特基结太阳电池的制备与界面特性展开,在GaAs/少层石墨烯太阳电池制作、GaAs/石墨烯界面特性调控以及GaAs能带调控方面进行了系统研究,取得的主要结... 

【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：128 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

太阳电池结构示意图

Figure 1-1 The band structure of pn junction solar cel物理过程中，如果满足一定的假设条件，我们能够电池材料带隙变化的曲线。根据 Shockley 和 Ques 杂志上的论文[5]，当材料带隙处于 1.1 至 1.5 eV 时，这一效率为实际太阳电池的极限效率，这个极限们在求解极限效率时，主要考虑了双能级系统（仅有射之间的平衡过程。为了达到 S-Q 极限效率，需要生载流子在形成后，不发生非辐射复合过程；另一也就是外电路收集载流子过程中无损失。事实上，实际的器件中实现，因此，实际器件的效率总是低

想的石墨烯可以看做碳原子间按照规则的正六元环依次成键排列的蜂窝如图 1-3（a）所示。虽然石墨烯可以看做从石墨晶体表面“剥离”下来的，但是石墨烯的能带结构与石墨存在很大区别。由于石墨烯分子轨道中态（价带）与 轨道的反键态（导带）交汇于一点（狄拉克点），这一特质为一种带隙为零的半导体，如图 1-3（b）所示[46,47]。由于石墨烯面内存在烯内部的电子迁移速率远超普通半导体。根据文献报道，石墨烯内部的电超过 2 105cm2/(V s)，其方块电阻能够低于 50 /sq[46]。由于石墨烯具有极，因此，石墨烯很难以平面的形式稳定在环境中存在[47]。实际观察到的石存在着大量的纳米尺度的褶皱，这些褶皱会对石墨烯的电学性能产生影响前商用大面积石墨烯主要通过化学气相沉积（Chemical Vapor DepositionCu[48-53]、Ni[54-61]等衬底上制备，其生长过程中会出现一定量的五元环或者则结构，破坏了其晶格有序性。因此，实际制备的石墨烯电阻大于其理论


本文编号：3544017