表面光伏測試系統(tǒng)的建立及利用其研究異質(zhì)結(jié)的光生電荷特性.pdf

1、太陽能電池的研究已歷經(jīng)半個多世紀。其中，有機太陽能電池、有機/無機混合太陽能電池、黑硅太陽能電池等雖有成本低、反射率低的優(yōu)點，但是低的光電轉(zhuǎn)換效率限制了它們的應(yīng)用。為弄清限制光電轉(zhuǎn)換效率的因素，通過搭建表面光伏測試系統(tǒng)研究了光生電荷的產(chǎn)生、分離和傳輸?shù)葯C制。在本論文中，利用該系統(tǒng)研究了P3HT/n-Si異質(zhì)結(jié)中的光生電荷特性、黑硅太陽能電池的表面鈍化效果和P3HT∶PCBM體異質(zhì)結(jié)的光伏特性。主要研究內(nèi)容如下:
　　1.根據(jù)測試原

2、理，搭建了基于Kelvin探針的表面光伏譜、調(diào)制光伏譜和瞬態(tài)光伏譜。
　　2.為弄清楚限制有機/無機異質(zhì)結(jié)太陽能電池效率的內(nèi)在因素，選取了P3HT/n-Si異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，利用表面光伏技術(shù)分析了其中光生電荷的產(chǎn)生、分離和傳輸機制。發(fā)現(xiàn)異質(zhì)結(jié)中同時存在一個“快”和一個“慢”的光生電荷的傳輸機制。此外，P3HT會吸附氧氣和水蒸氣形成缺陷態(tài)，且這一吸附過程是可逆的。最后通過對異質(zhì)結(jié)瞬態(tài)光伏的分析，證實P3HT/Si界面態(tài)會捕獲P3HT中的激

3、子在界面分離出的部分電子，該因素可能是降低基于該結(jié)構(gòu)的太陽能電池的效率的原因。
　　3.黑硅太陽電池的表面態(tài)密度非常大，鈍化效果的好壞直接影響它的效率。表面光伏技術(shù)對表面態(tài)非常敏感，所以就運用該技術(shù)對表面未鈍化、SiO2鈍化和SiO2+SiNx鈍化的三種黑硅太陽能電池進行了測試分析。首先測試了電池的電學(xué)特性，作為光伏譜研究的參考。然后利用表面光伏技術(shù)對電池的鈍化效果進行了討論。在電池的瞬態(tài)光伏中發(fā)現(xiàn)體內(nèi)復(fù)合和表面復(fù)合在不同時間段內(nèi)

4、起著主導(dǎo)作用。表面光伏可以揭示光生載流子的產(chǎn)生以及復(fù)合的機制，為繼續(xù)提高電池的效率提供了理論指導(dǎo)。
　　4.表面光伏技術(shù)雖然在分析各種結(jié)構(gòu)總的光生電荷特性具有優(yōu)勢，卻很少被用于研究有機異質(zhì)結(jié)。本文中，就選取了表面光伏技術(shù)去研究P3HT∶PCBM體異質(zhì)結(jié)中的光電特性，通過光伏譜分析得到光生電荷的傳輸機制。P3HT和PCBM的混合比例、退火溫度和環(huán)境溫度對異質(zhì)結(jié)的光伏響應(yīng)都有影響?？諝庖矔蟠鬁p低異質(zhì)結(jié)的光伏響應(yīng)，并提高載流子的復(fù)合速