硅納米晶體的表面改性及其在太陽電池中的應(yīng)用.pdf

1、與體硅材料相比，硅納米晶體具有量子限域效應(yīng)和多激子等效應(yīng)，因而具備獨特的電、光學(xué)特性，給太陽電池的發(fā)展注入了新的活力。硅納米晶體能夠以多種方式應(yīng)用于太陽電池中：其一，利用硅納米晶體制作新型太陽電池，比如多激子太陽電池、中間態(tài)太陽電池和熱載流子太陽電池等；其二，將硅納米晶體與傳統(tǒng)太陽電池相結(jié)合，通過減反射和下轉(zhuǎn)換等作用提高太陽電池效率；此外，硅納米晶體也可與有機物或無機物相結(jié)合，制備具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的太陽電池。但硅納米晶體的穩(wěn)定性不好，易被氧

2、化，難均勻分散在常規(guī)溶劑中，這兩個因素制約了硅納米晶體的廣泛應(yīng)用。本文的工作，集中解決如何通過表面改性抑制硅納米晶體的氧化，改善它在溶劑中的分散性，最終，將經(jīng)過表面改性的硅納米晶體用于提高傳統(tǒng)晶體硅太陽電池的效率。
　　 首先，利用等離子體硅納米晶體合成系統(tǒng)制備硅納米晶體。通過改變氣體流量、等離子體氣壓等參數(shù)調(diào)節(jié)硅納米晶體的尺寸，最終實現(xiàn)硅納米晶體的光致發(fā)光峰位可調(diào)。
　　 隨后，利用苯乙烯、十二烯和十八烯對硅納米晶體進

3、行表面改性。我們發(fā)現(xiàn)碳鏈越短，改性越容易進行，有機基團在硅納米晶體表面覆蓋率越高，改性后的硅納米晶體的熒光量子效率越高。當(dāng)改性時間過長，鏈接在硅納米晶體表面的有機基團因空間位阻發(fā)生結(jié)構(gòu)重排，在硅納米晶體表面引入非輻射復(fù)合中心，導(dǎo)致硅納米晶體的量子效率下降。氫化硅烷化反應(yīng)只可抑制，但不能完全避免硅納米晶體被氧化。將改性后的硅納米晶體存放在空氣中，硅納米晶體仍會被緩慢氧化；氧化后硅納米晶體的發(fā)光峰位發(fā)生藍(lán)移，而熒光量子效率會受到懸掛鍵被鈍化

4、和取代基團之間相互作用導(dǎo)致結(jié)構(gòu)畸變這兩個因素的影響，表現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢。
　　 最后，分別利用苯乙烯和十八烯改性的硅納米晶體配制硅墨水。通過噴墨打印的方式，將硅墨水有效沉積在太陽電池表面，形成具有多孔結(jié)構(gòu)的硅納米晶體薄膜。印刷硅墨水后，太陽電池在短波段(300-400 nm)和長波段(640-1100nm)的反射率降低(光吸收增強)。而太陽電池的外量子效率則受到硅納米晶體薄膜的減反射、硅納米晶體對短波長光的吸收和下轉(zhuǎn)換