基于硅纳米线的吸波结构及异质结太阳能电池的研究

【摘要】：硅纳米线具有优良的光学和电学性质,且可采用简单、廉价的方法制备,因此,基于硅纳米线的光伏电池近年来吸引了世界各地光伏工作者的广泛关注。 我们利用金属辅助化学腐蚀方法制备出了硅纳米线,并利用裂缝辅助转移方法成功将硅纳米线转移到透明柔性PDMS (Polydimethylsiloxane)薄膜中。但转移后的硅纳米线薄膜存在较大的光反射和透射,在可见至近红外波段,其吸收谱远比转移前低。于是,在以上工艺基础上,我们对硅纳米线薄膜进行了进一步修饰：通过在硅纳米线顶层化学沉积金纳米颗粒和(或者)在硅纳米线底部溅射金薄膜,制备出了五种新颖的柔性吸波薄膜。我们利用带有150mm积分球的Perkin Elmer Lambda1050对这些吸波薄膜的光学特性进行了表征。测量结果显示：在硅纳米线底部沉积金膜后,它的吸收谱得以显著提高,吸收最高达到了94.5%,而同时进行顶层金颗粒修饰和底部金膜沉积的硅纳米线薄膜,其吸收谱最高达到了93.5%。基于时域有限差分方法,我们对该结构还进行了系统的全波分析,得到所有样品的反射、透射、吸收谱均较好地吻合了实验结果,证明了计算方法的合理性。在此基础上,我们计算了所有样品中硅纳米线、金颗粒和金薄膜的部分吸收。发现,金薄膜的引入是减小透射、增强硅纳米线中吸收的关键,同时它并未过多吸收入射光；金颗粒的引入是增强吸收的关键,但它的存在导致硅纳米线吸收的极大减弱。而且,硅纳米线具有极强的光散射效应,其中的金颗粒的吸收远远高于它在硅薄膜上的吸收。以上研究对基于硅纳米线的薄膜太阳能电池的设计而言具有重要的指导意义。 在基于硅纳米线的有机-无机异质结太阳能电池方面,为了增加有机半导体与硅纳米线的接触面积,我们研究了硅纳米线与金字塔复合结构的电池特性,但实验结果远不及理论预期。我们分析,导致过低光电转换效率的原因主要在于严重的硅纳米线表面复合问题。故,我们研究了三种不同的硅表面钝化方法：氢化处理、氧化处理和甲基化处理,以及这些方法对异质结电池的影响。尽管我们测得的光电转换效率仍然不理想,但这些结果已经可以在一定程度上说明甲基化处理过的硅表面可显著提高异质结电池的光电转换效率(从0.01%提高到1.38%)。 【关键词】：硅纳米线 异质结 太阳能电池
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TB383.1;TM914.4
【目录】：

• 致谢6-7
• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 目录10-12
• 1 引言12-21
• 1.1 硅纳米线太阳能电池的研究现状14-18
• 1.2 基于硅纳米线的有机-无机异质结太阳能电池的研究进展18-20
• 1.3 小结20-21
• 2 硅纳米线阵列的制备和转移方法研究21-31
• 2.1 硅纳米线阵列的制备方法21-24
• 2.1.1 金属催化气-液-固(VLS)生长方法21-22
• 2.1.2 反应离子刻蚀(RIE)22-23
• 2.1.3 金属辅助的化学腐蚀(MACE)方法23-24
• 2.2 硅纳米线的转移方法24-26
• 2.3 MACE方法制备硅纳米线工艺研究26-29
• 2.4 柔性硅纳米线薄膜的制备29-30
• 2.5 小结30-31
• 3 基于硅纳米线和金属纳米结构的柔性宽带吸波薄膜的研究31-39
• 3.1 实验制备31-32
• 3.2 实验样品的检测与讨论32-34
• 3.3 理论分析与讨论34-37
• 3.4 小结37-39
• 4 基于硅纳米线的有机-无机异质结光伏电池研究39-49
• 4.1 有机-无机异质结光伏电池的制备39-41
• 4.2 有机-无机异质结光伏电池的检测与讨论41-44
• 4.3 硅表面钝化技术及其对有机-无机异质结太阳能电池性能的影响44-47
• 4.4 小结47-49
• 5 结论及展望49-51
• 5.1 结论49
• 5.2 展望49-51
• 参考文献51-56
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果56-57
• 作者简历57

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