有機-無機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注。而太陽能電池能夠通過光電效應將太陽光能直接轉化成電能，是一種理想的太陽能利用方式。有機-無機雜化太陽能電池作為一種新型的光伏電池，融合了有機材料和無機材料的特點，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:硅材料和有機聚合物材料性質的差異致使兩相界

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重復合。這些界面問題將導致光生載流子在有機-無機界面處不能進行有效的分離。因此，研究并改善界面特性對于提高有機-無機雜化電池的性能，促進雜化電池的工業(yè)生產(chǎn)和商業(yè)應用具有非常重要的意義。
　　基于此，我們首先用氫氧化鉀化學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，以共軛導電聚合物PEDOT:PSS為有機空穴傳輸層，制備了平板型單晶硅/PED

3、OT:PSS有機-無機雜化異質結電池。然后我們主要從優(yōu)化單晶硅/PEDOT:PSS的界面接觸和實現(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;同時通過調控PEDOT:PSS混合溶液

4、的旋涂轉速，得到轉速為3000r/min時PEDOT:PSS薄膜在單晶硅表面的成膜質量最佳，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，并計算出對應的少子表面復合速率。復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