硅-PEDOT-PSS 雜化太陽能電池制備及光伏性能研究.pdf

1、由于汲取了硅基與有機太陽能電池的優(yōu)勢，硅基有機雜化太陽能電池成為當前的一個研究熱點。其中聚(3，4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)（PEDOT:PSS）具有良好的光透過性與空穴傳輸性，非常適宜用來與 N型硅（Si）一起構建Si-PEDOT:PSS雜化太陽能電池器件。業(yè)界研究聚焦于界面修飾、硅表面制絨、PEDOT:PSS改性、背接觸改善、正面反型效應增強等方面，這一系列研究促使Si-PEDOT:PSS雜化太陽能電池迅速發(fā)展。
　

2、　在本文的研究中，以提升Si-PEDOT:PSS雜化太陽能電池的光電轉化效率為目標，我們嘗試了幾項有效的技術手段，如將局部鈍化層應用于Si-PEDOT:PSS雜化電池，通過降低背表面復合速率來提升開路電壓（Voc），進而增加Si-PEDOT:PSS雜化太陽能電池器件光電轉化效率；利用改良后的金屬催化腐蝕法制備高效陷光納米錐重構結構，進而提升短路電流密度（Jsc），以更適用于Si-PEDOT:PSS雜化電池；利用軟件模擬建立了關于PEDO

3、T:PSS與減反層的光學模型，更高效地制備高轉化效率Si-PEDOT:PSS雜化電池。具體工作包括以下幾方面：
　?。?）為了高效地鈍化N型Si襯底，降低太陽能器件背面少數載流子復合速率，我們利用等離子體增強化學氣相沉積系統(tǒng)（PECVD）沉積氮化硅（SiNx:H）鈍化膜，利用原子層沉積系統(tǒng)（ALD）沉積三氧化二鋁（Al2O3）鈍化膜，以少子壽命為主要表征方式對SiNx:H與Al2O3進行鈍化性能測定。通過調節(jié)PECVD沉積過程中的

4、源氣流比例、襯底沉積溫度、腔體沉積功率、SiNx:H薄膜厚度等工藝，得到表面復合速率約為30 cm/s的高鈍化性能 SiNx:H薄膜。通過調節(jié)ALD沉積過程中薄膜厚度、薄膜退火溫度、退火時間等工藝，得到表面復合速率約為30 cm/s的高鈍化性能 Al2O3薄膜。經過工藝優(yōu)化，SiNx:H與 Al2O3薄膜均展現出良好的鈍化性能，這方面關于高效鈍化膜的細致研究，為后續(xù)將局部鈍化技術應用于Si-PEDOT:PSS雜化電池的研究提供了有力支撐

5、。
　?。?）我們將SiNx:H與Al2O3鈍化膜沉積在Si襯底的表面，通過光刻工藝局部保護SiNx:H與Al2O3薄膜，再利用HF酸腐蝕得到局部覆蓋的SiNx:H與Al2O3鈍化膜。經過少子壽命對比，腐蝕后的SiNx:H膜表現出更佳的鈍化性能，將其應用于Si-PEDOT:PSS雜化太陽能電池，光電轉化效率有0.6％的絕對提升。在增加鈍化層之后開路電壓（Voc）從0.523 V提升到0.557 V，從器件層面驗證了局部SiNx:H

6、鈍化膜具有良好的鈍化能力。在這部分研究工作中，我們對正面PEDOT:PSS鈍化、背面SiNx:H鈍化，以及它們的組合鈍化效果進行了詳細的表征和分析。
　　（3）我們提出了一種更簡單的金屬催化腐蝕法，并利用該方法在硅表面制備新型納米錐重構結構。該金屬催化腐蝕法只需配制一份溶液就能同時達到Ag納米顆粒沉積與表面腐蝕的效果。為制備納米錐重構結構，我們通過兩次處理的方式在納米錐表面形成尺寸更小的納米結構，在研究過程中通過對比不同浸泡時間來

7、優(yōu)化重構納米錐的制備工藝，最終得到在全光譜都有光學響應提升的黑硅。將此黑硅應用于Si-PEDOT:PSS雜化電池后，制備得到光電轉化效率達到11.75%的太陽能電池器件，相對于參考器件，光電轉化效率提升了1.84%。電池效率的提升主要歸因于納米錐重構結構能起到更強陷光作用以及能與PEDOT:PSS膜產生更多的接觸面積。
　?。?）因為氧化鉬（MoO3）的折射率在2.1左右，所以非常適合用于Si-PEDOT:PSS雜化電池的減反層。