雙界面圖形化柔性薄膜太陽能電池的界面調(diào)控及光電特性研究.pdf

1、由于加工成本和成本回收期的優(yōu)勢，薄膜太陽能電池已成為傳統(tǒng)晶體硅太陽能電池的有力競爭者。同時，薄膜太陽能電池可以通過使用一些柔性的襯底來制備成柔性的薄膜太陽能電池，在建筑光伏和可穿戴設(shè)備中具有獨特的優(yōu)勢。薄膜太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換性能在很大程度上依賴于其光吸收性能的好壞，以及載流子的分離和收集能力。一般來說，薄膜電池的載流子擴散長度較短，電學(xué)性能較差。進一步減小薄膜電池吸收層的厚度可以提高電荷的有效傳輸，但同時會減小其對入射光的有效吸收。因

2、此，設(shè)計開發(fā)先進的光管理技術(shù)來解決薄膜電池中光學(xué)性質(zhì)和電學(xué)性質(zhì)之間的矛盾已成為光伏領(lǐng)域一個非常重要的課題。基于這種想法，本文提出了利用圖形化襯底來構(gòu)造納米陷光結(jié)構(gòu)以提高電池對光的捕獲能力;另外，通過在電池上表面覆蓋一層抗反射納米柱薄膜來減少對光的反射，進一步提高電池對光的捕獲能力。具體的，本文首先在柔性鈦箔上制備了可控的圖形化納米凹坑陣列;隨后制備和表征了由聚二甲基硅氧烷(PDMS，polydimethylsiloxane)制成的抗反射

3、納米柱薄膜。以非晶硅薄膜太陽能電池為研究對象，將圖形化襯底和抗反射納米柱薄膜引入到器件中，詳細探討了這兩種納米結(jié)構(gòu)對非晶硅薄膜太陽能電池性能的影響，并用有限時域差分法(FDTD)對圖形化薄膜太陽能電池中的電磁場分布及傳輸模式進行了分析。上述設(shè)計思路和實驗方法對其他材料體系的薄膜太陽能電池的研發(fā)同樣具有重要的指導(dǎo)意義，本文最后還提出了基于圖形化有機薄膜太陽能電池的實驗計劃和方案。具體工作如下:
　　1、利用陽極氧化的方法制備圖形化的

4、鈦襯底。在陽極氧化過程中，設(shè)置不同的陽極氧化偏置電壓，可以獲得不同孔間距的TiO2納米管陣列。隨后，使用超聲或膠帶粘除的方法將TiO2納米管去除，可以發(fā)現(xiàn)留下的襯底具有納米凹坑的結(jié)構(gòu)，這便是圖形化的鈦襯底。在此基礎(chǔ)上，本文還研究了不同氧化時間對圖形化鈦襯底的形貌的影響。
　　2、制備PDMS抗反射納米柱薄膜。首先，通過多步陽極氧化的方法制備V型多孔氧化鋁(AAO)薄膜;其次，將PDMS澆注到V型AAO薄膜上，并用氧等離子體清洗機通

5、過抽真空的方式去除殘留的氣泡;隨后，將V型AAO和PDMS一起放入烘箱，進行加熱固化;最后，將PDMS與V型AAO模板分離，在PDMS薄膜上就會留下與V型孔道相反的納米柱結(jié)構(gòu)，這種薄膜就稱之為PDMS納米柱薄膜。
　　3、將圖形化鈦襯底和PDMS納米柱薄膜引入非晶硅薄膜太陽能電池中。研究發(fā)現(xiàn)，圖形化襯底具有寬波段的陷光作用，特別是在較長的光波段;而PDMS納米柱薄膜可以有效的提高器件對短波段的光吸收。具體的，引入圖形化鈦襯底和PD

6、MS納米柱薄膜，器件的效率相比標準器件提高了37.6％。另外，在柔性性能方面，圖形化的器件同樣表現(xiàn)出了優(yōu)越的性能。特別的，在彎曲角度達到120度和彎曲次數(shù)達到10，000次的基礎(chǔ)上，器件的性能只有略微的下降。為了進一步驗證圖形化結(jié)構(gòu)對器件性能的影響，本文采用FDTD的方法對器件進行了模擬仿真，并驗證了圖形化器件性能增強的機理是因為器件內(nèi)部產(chǎn)生的波導(dǎo)模式和等離子體模式提高了光在器件中的傳播長度和局域效果。
　　4、在上述研究的基礎(chǔ)上