新型硅基异质结光伏器件的构建及性能研究

发布时间：2017-06-28 17:16

  本文关键词：新型硅基异质结光伏器件的构建及性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【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。
【关键词】：硅纳米结构 表面修饰 异质结光伏器件 表面电势 能带结构
【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
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 引言8
• 1.2 太阳能电池的发展8-10
• 1.3 太阳能电池的基础10-11
• 1.3.1 太阳能电池的工作原理10
• 1.3.2 太阳能电池的性能参数10-11
• 1.4 硅基异质结太阳能电池11-16
• 1.4.1 硅/有机物异质结光伏器件12-13
• 1.4.2 硅/无机物异质结光伏器件13-15
• 1.4.3 硅/金属氧化物异质结光伏器件15-16
• 1.5 本文的选题依据与研究内容16-18
• 1.5.1 选题依据16-17
• 1.5.2 研究内容17-18
• 第二章 硅纳米结构阵列的制备及表面修饰18-28
• 2.1 引言18-21
• 2.1.1 硅纳米线的制备方法18-20
• 2.1.2 硅表面的修饰方法20-21
• 2.2 实验部分21-24
• 2.2.1 实验材料及仪器21-22
• 2.2.2 硅纳米结构阵列的制备及修饰22-24
• 2.3 结果与讨论24-27
• 2.3.1 刻蚀时间对硅金字塔阵列均匀性的影响24-25
• 2.3.2 刻蚀时间对硅纳米线的长度的影响25
• 2.3.3 硅叠层结构阵列的形貌25-26
• 2.3.4 甲基化修饰对硅表面的影响26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 硅/PEDOT:PSS异质结光伏器件28-36
• 3.1 引言28-29
• 3.2 硅/PEDOT:PSS异质结太阳能电池的制备与表征29-30
• 3.2.1 硅纳米线/PEDOT:PSS异质结器件的制备29
• 3.2.2 硅纳米线/PEDOT:PSS异质结器件的表征29-30
• 3.2.3 数值计算30
• 3.3 结果与讨论30-35
• 3.3.1 SiNWs/PEDOT:PSS异质结的电势和电场分布30-32
• 3.3.2 SiNWs/PEDOT:PSS异质结器件的性能32-34
• 3.3.3 覆盖效果的机理34-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第四章 硅/TMO异质结光伏器件36-46
• 4.1 引言36-37
• 4.2 硅/过渡金属氧化物异质结光伏器件的制备与表征37-38
• 4.2.1 Si/TMO异质结光伏器件的制备37
• 4.2.2 Si/TMO异质结光伏器件的表征37-38
• 4.3 结果与讨论38-45
• 4.3.1 硅/过渡金属氧化物异质结的性能38-39
• 4.3.2 热蒸发对界面及氧化物的影响39-41
• 4.3.3 表面钝化对n-Si/MoO_(3-x)光伏器件的影响41-45
• 4.4 本章小结45-46
• 第五章 总结与展望46-48
• 5.1 总结46
• 5.2 展望46-48
• 参考文献48-56
• 攻读硕士学位期间的科研成果56-58
• 致谢58

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