硅纳米线的制备及其在新型太阳能电池中的应用

【摘要】：传统硅太阳能电池较高的成本、复杂的工艺以及较低的理论极限效率制约了其发展。硅纳米线是一种一维纳米材料,其具有比体硅材料更加优异的光电性能。同时,独特的物理结构使得硅纳米线成为构建新型径向结太阳能电池的理想材料。本文以硅纳米线的制备及其在新型太阳能电池中的应用为研究对象,从材料制备、性能表征、器件工艺优化等方面展开工作,主要研究内容如下：利用金属辅助化学刻蚀原理,采用经过优化的一步法和两步法工艺技术制备出多种形貌的硅纳米线阵列。通过改变刻蚀时间、刻蚀温度、金属催化剂以及氧化剂,对硅纳米线的尺寸和形貌进行了调控并制备出独特的硅微米柱／纳米线复合结构。对有机半导体材料聚3,4-乙撑二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)的掺杂特性进行了研究。通过掺杂纳米材料和双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)对PEDOT:PSS薄膜的透光率、功函数、导电性进行了调控。通过构建硅基PEDOT:PSS太阳能电池,研究了PEDOT:PS S薄膜性能对器件的影响。结合硅纳米线阵列和PEDOT:PSS构建新型径向结太阳能电池。通过对硅纳米线阵列长度、PEDOT:PSS旋涂转速以及电池上电极结构参数等方面进行优化,硅纳米线/PEDOT:PSS径向太阳能电池性能有了明显地提高,短路电流密度提升至34.67 mA/cm2,电池效率达到了9.69%。 【关键词】：金属辅助化学刻蚀 硅纳米线阵列 PEDOT:PSS 径向结太阳能电池
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1;TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-24
• 1.1 引言9-10
• 1.2 硅纳米线物理性质10-14
• 1.2.1 硅纳米线的减反射性能10-11
• 1.2.2 硅纳米线的光致发光性能11-13
• 1.2.3 硅纳米线的电子传输性能13-14
• 1.2.4 硅纳米线的热电性能14
• 1.3 硅纳米线的制备方法14-19
• 1.3.1 化学气相沉积法15-16
• 1.3.2 反应离子刻蚀法16-17
• 1.3.3 金属辅助化学刻蚀法17-19
• 1.4 硅纳米线在太阳能电池领域的应用19-23
• 1.4.1 硅纳米线减反射层19-21
• 1.4.2 硅纳米线径向太阳能电池21-23
• 1.5 本论文的研究内容23-24
• 第2章 实验材料及表征手段24-30
• 2.1 实验材料24-25
• 2.2 实验仪器设备25
• 2.3 形貌表征25-27
• 2.4 光学性能表征27-28
• 2.5 电学性能表征28
• 2.6 太阳能电池光伏特征表征28-30
• 第3章 硅纳米线阵列的制备与调控30-40
• 3.1 引言30-31
• 3.2 硅纳米线阵列的制备31-32
• 3.3 刻蚀温度与刻蚀温时间对金属辅助化学刻蚀的影响32-34
• 3.4 催化剂对金属辅助化学刻蚀的影响34-36
• 3.5 氧化剂对金属辅助化学刻蚀的影响36-38
• 3.6 本章小结38-40
• 第4章 PEDOT：PSS薄膜的掺杂特性40-49
• 4.1 引言40-41
• 4.2 掺杂溶液的配制及硅基PEDOT：PSS太阳能电池的制备41-42
• 4.3 掺杂纳米材料对PEDOT：PSS进行改性42-46
• 4.4 掺杂LiTFSI对PEDOT：PSS薄膜导电性的影响46-48
• 4.5 本章小结48-49
• 第5章 硅纳米线/PEDOT：PSS径向太阳能电池49-59
• 5.1 引言49-50
• 5.2 硅纳米线/PEDOT：PSS径向太阳能电池的制备50-51
• 5.3 硅纳米线阵列长度对电池性能的影响51-53
• 5.4 PEDOT：PSS旋涂转速对电池性能的影响53-55
• 5.5 上电极厚度与形状对电池性能的影响55-58
• 5.6 本章小结58-59
• 第6章 结论59-60
• 参考文献60-66
• 在校期间发表论文情况66-67
• 致谢67

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