硅纳米线异质结及有机杂化太阳能电池制备和性能研究

【摘要】：硅纳米线(SiNW)具有优异的陷光特性,可以增加光的吸收，用核壳结构设计径向p-n结可以增加载流子的收集，因此硅纳米线径向p-n结太阳电池有非常广阔的发展前景，是目前光伏领域研究的热点之一。本论文利用金属辅助化学刻蚀(MACE)法制备了硅纳米线阵列，研究了制备条件对其结构参数及减反性能的影响；并在此基础上制备了Ag/AZO/(n+)/(i)/c-Si (p) NW阵列太阳能电池和硅纳米线/聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(SiNWs/PEDOT:PSS)杂化太阳能电池，讨论分析了制备工艺对两种结构硅纳米线太阳电池性能的影响。主要取得以下成果： 1、系统研究金属辅助化学刻蚀工艺条件对制备的硅纳米线阵列的形貌和陷光效果的影响，如刻蚀溶液中AgNO3浓度和刻蚀时间等，当AgNO3的浓度为0.02mol/L、刻蚀时间为10min时制备出反射率最低的硅纳米线阵列，其在300-1100nm波长范围内的平均反射率仅为2.5%。 2、利用等离子体化学气相沉积（PECVD）法在硅纳米线阵列表面沉积了α-Si:H钝化层，研究了等离子体功率和沉积时间对硅纳米线阵列表面钝化的影响。并制备了硅纳米线太阳电池，研究了α-Si:H钝化工艺对电池性能的影响，在长度为0.51μm的硅纳米线上利用15W的等离子体功率沉积30min α-Si:H钝化层，得到的开路电压达到最大的0.50V。 3、利用PECVD法制备了具有不同微结构的n型Si:H层，并在n型Si:H和AZO之间沉积了一层超薄的Al2O3层，制备出AZO/Si:H(n)/a-Si:H/c-Si(p)径向结构的硅纳米线阵列太阳能电池。当n型Si:H层的相从非晶态转变为两相结构时，短路电流密度增加了16.2%。当Al2O3厚度为0.77nm时，短路电路密度和光电转换效率分别增大了10.2%和6.8%。 4、利用旋涂的方法在硅纳米线上制备了SiNWs/PEDOT:PSS杂化太阳电池，初步研究了硅纳米线与PEDOT:PSS的接触、PEDOT:PSS的退火方式及载流子收集层对电池性能的影响。制备出了转化效率为0.24%的杂化太阳电池，虽然目前制备出的电池效率较低，但所获的结论对未来获得高效率的杂化太阳电池有一定的参考价值。 【关键词】：硅纳米线阵列 PECVD 钝化 硅纳米线径向结太阳电池 硅纳米线/有机杂化太阳电池
【学位授予单位】：常州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 中文摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 研究目的及意义10-11
• 1.2 硅纳米线太阳电池的研究进展11-16
• 1.2.1 基体 p-n 结硅纳米线太阳能电池12-13
• 1.2.2 轴向 p-n 结硅纳米线太阳能电池13-14
• 1.2.3 径向 p-n 结硅纳米线太阳能电池14-16
• 1.3 硅纳米线的制备方法16-18
• 1.3.1 激光烧烛法16
• 1.3.2 热蒸发法16
• 1.3.3 溶液法16-17
• 1.3.4 化学气相沉积法17
• 1.3.5 模板法17
• 1.3.6 硅衬底直接生长法17-18
• 1.3.7 化学刻蚀法18
• 1.4 本课题研究的主要内容18-20
• 2 硅纳米线阵列的制备及其影响因素研究20-34
• 2.1 引言20
• 2.2 金属辅助化学刻蚀(MACE)法制备硅纳米线阵列的原理20-22
• 2.3 实验所需的材料与设备22-23
• 2.3.1 实验材料和试剂22
• 2.3.2 主要实验设备及分析仪器22-23
• 2.4 硅纳米线阵列的制备与表征23-32
• 2.4.1 实验方法与流程23-24
• 2.4.2 结果与讨论24-32
• 2.5 本章小结32-34
• 3 Ag/ AZO/ (n+)/ (i)/c-Si (p) NW 阵列太阳能电池的制备研究34-59
• 3.1 引言34
• 3.2 实验所需材料与设备34-38
• 3.2.1 实验材料和试剂34-35
• 3.2.2 主要实验设备及分析仪器35-38
• 3.3 包覆对径向结硅纳米线阵列太阳能电池钝化和光电性能的影响38-48
• 3.3.1 实验方法与流程38-40
• 3.3.2 测试与表征40
• 3.3.3 结果与讨论40-48
• 3.4 n 型 Si:H 和超薄的 Al_2O_3钝化对径向结硅纳米线太阳能电池性能的影响48-57
• 3.4.1 实验方法与流程49-50
• 3.4.2 测试与表征50-51
• 3.4.3 结果与讨论51-57
• 3.5 本章小结57-59
• 4 SiNWs/PEDOT:PSS 杂化太阳能电池的制备研究59-69
• 4.1 引言59
• 4.2 实验所需的材料和设备59-61
• 4.2.1 实验材料和试剂59-60
• 4.2.2 主要实验设备及分析仪器60-61
• 4.3 实验部分61-62
• 4.3.1 实验方法与流程61-62
• 4.3.2 测试与表征62
• 4.4 结果与讨论62-68
• 4.4.1 ZnO 修饰硅纳米线阵列表面对电池性能的影响62-65
• 4.4.2 PEDOT:PSS 膜性质对电池性能的影响65-67
• 4.4.3 超薄 Cu 膜对电池性能的影响67-68
• 4.5 本章小结68-69
• 5 总结与展望69-71
• 5.1 总结69-70
• 5.2 存在问题与展望70-71
• 参考文献71-79
• 攻读学位期间研究成果79-80
• 致谢80

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