硅納米線(xiàn)陣列的可控制備及新型異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池研究.pdf

1、太陽(yáng)能是一種取之不盡、用之不竭的可再生清潔能源，有望成為21世紀(jì)主要的替代能源之一。光伏電池是將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換為電能的核心器件。在目前的商業(yè)應(yīng)用中，最為常見(jiàn)的光伏電池包括單晶硅太陽(yáng)電池與多晶硅太陽(yáng)電池。但是，較高的發(fā)電成本、理論轉(zhuǎn)換效率的限制與彎折易破碎等問(wèn)題阻礙了晶硅太陽(yáng)電池的廣泛應(yīng)用。硅納米線(xiàn)陣列由于具有獨(dú)特的光學(xué)、光電、機(jī)械柔性等性質(zhì)被引入硅太陽(yáng)電池的研究，為新一代硅太陽(yáng)電池的低成本制作、轉(zhuǎn)化效率的提升及柔性功能的開(kāi)發(fā)提供了新思路

2、?；诖耍菊n題采用濕化學(xué)刻蝕方法，在單晶硅表面制備出均勻的硅納米線(xiàn)陣列，探索硅納米線(xiàn)的錐化機(jī)制及形成機(jī)理，調(diào)控硅納米線(xiàn)的尺寸、表面質(zhì)量與形貌，提升減反射與光吸收性能。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)制備硅納米線(xiàn)/PEDOT:PSS異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池。開(kāi)發(fā)硅納米線(xiàn)陣列轉(zhuǎn)移與硅片減薄的新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)器件的柔性特征，其主要研究工作如下：
　　通過(guò)臭氧預(yù)處理使硅表面鈍化，促進(jìn)銀納米粒子在4英寸硅表面的均勻電鍍，獲得硅片級(jí)均勻的硅納米線(xiàn)陣列。系統(tǒng)研究了硅納米線(xiàn)

3、的長(zhǎng)度、填充率及表面質(zhì)量的調(diào)控方法。利用銀納米粒子在催化硅刻蝕中的連續(xù)溶解特征，制備出錐形的硅納米線(xiàn)陣列。提出自析出的K2SiF6晶體作為掩蔽進(jìn)行硅刻蝕，獲得硅微米柱/納米線(xiàn)復(fù)合陣列。
　　研究了單分散的貴金屬納米粒子、薄膜及具有納米孔薄膜的催化刻蝕特征，指出具有納米孔特征的貴金屬薄膜可促進(jìn)硅納米線(xiàn)陣列的形成。利用電子顯微鏡和電子自旋共振光譜儀探測(cè)了銀粒子在催化刻蝕硅中的形態(tài)變化，揭示了硅納米線(xiàn)的錐化機(jī)制。系統(tǒng)研究了單一型與混合型

4、氧化劑的種類(lèi)、濃度對(duì)硅納米線(xiàn)形貌的影響，闡明了硅納米線(xiàn)、多孔硅納米線(xiàn)、硅微米柱/納米線(xiàn)復(fù)合陣列及拋光硅的形成機(jī)理。研究了銀納米粒子在硅材料中的運(yùn)動(dòng)方向，指出乙醇試劑可以誘導(dǎo)硅納米線(xiàn)的生成取向。
　　系統(tǒng)研究了硅納米線(xiàn)的長(zhǎng)度、填充率、摻雜類(lèi)型及濃度對(duì)其減反射性能的影響。建立了多孔錐形硅納米線(xiàn)的有效折射率模型，理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明多孔錐形硅納米線(xiàn)在300-1700nm波段呈現(xiàn)出寬光譜減反射性能，貴金屬納米粒子修飾能夠進(jìn)一步抑制在近紅

5、外波段的反射損失。硅納米線(xiàn)陣列薄膜在550nm波段的光吸收率接近95％，硅納米線(xiàn)的多孔化進(jìn)一步提升長(zhǎng)波段光吸收。
　　將 PEDOT:PSS有機(jī)材料引入硅納米線(xiàn)陣列中，溶液法制備出硅納米線(xiàn)/PEDOT:PSS異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池。研究了上電極、PEDOT:PSS薄膜的厚度及摻雜、硅納米線(xiàn)的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)該電池光伏性能的影響。綜合優(yōu)化工藝技術(shù)后，電池效率提升至9.7%，并進(jìn)一步研究了相對(duì)濕度對(duì)該電池穩(wěn)定性的影響。
　　研究了硅微納結(jié)構(gòu)薄