基于硅-PEDOT-PSS的雜化光伏電池中背接觸的研究.pdf

1、本論文主要研究了硅襯底的表面形貌、硅的背接觸對(duì)有機(jī)/硅（Si）雜化光伏器件光伏性能的影響。為獲得基于晶體Si的高效率太陽(yáng)能電池，通常采用高溫?fù)诫s的方法來(lái)減少串聯(lián)電阻的損失、形成背場(chǎng)。然而，高達(dá)1000℃的高溫以及此過(guò)程中需要用到有危險(xiǎn)的摻雜氣體等原因，導(dǎo)致高溫?fù)诫s方法不適用于雜化的有機(jī)/硅太陽(yáng)能電池。我們通過(guò)對(duì)硅表面納米結(jié)構(gòu)形貌的可控制備及器件背接觸的改善，在相對(duì)較低的溫度下制備了高效率的基于 Si/3,4二氧乙烯噻吩：聚苯乙烯磺酸（P

2、EDOT:PSS）的雜化光伏器件。通過(guò)電流-電壓測(cè)試、電容-電壓測(cè)試、掃描開爾文探針顯微鏡、紫外光電子能譜、瞬態(tài)光電壓測(cè)試和外量子效率測(cè)試等分析測(cè)試手段，深入研究了改善Si基底和鋁（Al）背電極之間接觸的物理機(jī)理。對(duì)器件的工作原理以及背接觸對(duì)器件光電性能的影響進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和表征。主要工作包括：
　　1.制備了由短硅納米線和類金字塔絨面結(jié)構(gòu)組成的新型三維硅納米結(jié)構(gòu)，該納米結(jié)構(gòu)的反射率維持在10％以下。該納米結(jié)構(gòu)的表面缺陷態(tài)比長(zhǎng)的

3、硅納米線陣列少；反射率比類金字塔絨面結(jié)構(gòu)低，以該新型三維硅納米結(jié)構(gòu)為基底制備的器件獲得了9.03%的光電轉(zhuǎn)換效率，高于以硅納米線陣列以及類金字塔絨面結(jié)構(gòu)為基底的器件效率。
　　2.在基于Si/PEDOT:PSS雜化器件的Si基底和Al背電極之間插入一薄層氟化鋰（LiF）后，獲得了光電轉(zhuǎn)換效率為11.09%的太陽(yáng)能電池。LiF層的插入，改善了Si和Al之間的接觸，使接觸電阻從5.4×10-1Ωcm2降到到2.6×10-2Ωcm2。提

4、高了Al電極對(duì)電子的收集能力，并降低了電荷復(fù)合。與參比器件相比（Si基底和Al背電極直接接觸），器件的開路電壓、短路電流密度、填充因子和光電轉(zhuǎn)換效率都得到了提高。
　　3.研究背接觸對(duì)基于Si/PEDOT:PSS的雜化器件光伏性能的影響，在Si基底和Al背電極之間插入寬帶隙有機(jī)半導(dǎo)體材料——8-羥基喹啉-鋰（Liq），發(fā)現(xiàn)由于背接觸改善、電荷復(fù)合降低，雜化太陽(yáng)能電池的肖特基勢(shì)壘高度以及內(nèi)建電勢(shì)都得到了提高。由于Liq和Al的化學(xué)反

5、應(yīng)，在背界面產(chǎn)生一個(gè)負(fù)的表面偶極子層，該層有利于電子收集，同時(shí)還對(duì)空穴起到了阻礙作用。由此獲得了高達(dá)0.609 V的開路電壓，該值可以和基于p-n結(jié)的硅光伏器件的開路電壓相比擬。當(dāng)Liq層厚度達(dá)到最優(yōu)值~2 nm時(shí)，獲得了高達(dá)12.2%的光電轉(zhuǎn)換效率，與參比器件（Si基底和Al背電極直接接觸）9.4%的轉(zhuǎn)換效率相比，有29.5%的提高。
　　4.我們通過(guò)低溫下（低于150℃）溶液加工過(guò)程，在Si基底和Al背電極之間插入一層碳酸銫（