有機(jī)-無機(jī)雜化太陽能電池中的界面問題研究.pdf

1、隨著全球化石能源的不斷減少和環(huán)境問題的日益嚴(yán)重，太陽能作為一種潔凈的可再生能源引起了人們越來越多的關(guān)注。而太陽能電池能夠通過光電效應(yīng)將太陽光能直接轉(zhuǎn)化成電能，是一種理想的太陽能利用方式。有機(jī)-無機(jī)雜化太陽能電池作為一種新型的光伏電池，融合了有機(jī)材料和無機(jī)材料的特點(diǎn)，有望成為一種低價、高效且具備柔性特征的光伏電池。但是，現(xiàn)階段這種雜化電池的光電轉(zhuǎn)換效率還比較低，界面問題是制約其效率的主要原因之一:硅材料和有機(jī)聚合物材料性質(zhì)的差異致使兩相界

2、面接觸不佳;晶硅表面往往存在大量的懸掛鍵而引起載流子的嚴(yán)重復(fù)合。這些界面問題將導(dǎo)致光生載流子在有機(jī)-無機(jī)界面處不能進(jìn)行有效的分離。因此，研究并改善界面特性對于提高有機(jī)-無機(jī)雜化電池的性能，促進(jìn)雜化電池的工業(yè)生產(chǎn)和商業(yè)應(yīng)用具有非常重要的意義。
　　基于此，我們首先用氫氧化鉀化學(xué)刻蝕法制備了超薄的柔性硅片，并分別以525μm厚硅片和18μm柔性薄硅片為基底，以共軛導(dǎo)電聚合物PEDOT:PSS為有機(jī)空穴傳輸層，制備了平板型單晶硅/PED

3、OT:PSS有機(jī)-無機(jī)雜化異質(zhì)結(jié)電池。然后我們主要從優(yōu)化單晶硅/PEDOT:PSS的界面接觸和實(shí)現(xiàn)單晶硅表面的有效鈍化兩個方面研究了這種雜化電池的界面問題。主要研究工作如下:
　　研究了界面接觸對雜化電池器件性能的影響并對其進(jìn)行優(yōu)化。通過在PEDOT:PSS溶液中摻入全氟表面活性劑FSH使單晶硅與PEDOT:PSS的界面接觸角降低了近60％，極大地改善了PEDOT:PSS溶液在硅表面的浸潤性;同時通過調(diào)控PEDOT:PSS混合溶液

4、的旋涂轉(zhuǎn)速，得到轉(zhuǎn)速為3000r/min時PEDOT:PSS薄膜在單晶硅表面的成膜質(zhì)量最佳，雜化電池的性能最佳;此外，利用原子力顯微鏡掃描減薄前后單晶硅片的表面形貌，我們發(fā)現(xiàn)薄硅片的表面均方根(RMS)粗糙度是厚硅片的10倍左右，這使得薄硅片表面與PEDOT:PSS薄膜的接觸面積大幅提高，更有利于載流子在界面處分離，界面接觸電阻有效降低，因此基于薄硅制備的雜化電池串聯(lián)電阻更低，填充因子更高，測量的短路電流密度與理論極限電流密度之比更大。

5、
　　對比了自然氧化(NO)鈍化、氫氟酸(HF)鈍化和本征非晶硅(ia-Si)鈍化三種方法對單晶硅表面的鈍化效果及其對雜化電池性能的影響。通過少子壽命測試得到不同鈍化方法處理的單晶硅表面少子壽命，并計算出對應(yīng)的少子表面復(fù)合速率。復(fù)合速率越低說明鈍化效果越好，其制備的雜化電池具有更高的短路電流密度。通過調(diào)控自然氧化時間或者非晶硅沉積溫度得到最佳的自然氧化時間為12h，最佳非晶硅沉積溫度為250℃。橫向比較而言，本征非晶硅的對硅片的鈍