石墨烯-半導(dǎo)體肖特基結(jié)太陽(yáng)能電池.pdf

1、光伏發(fā)電技術(shù)是解決能源危機(jī)和環(huán)境污染的最有效途徑之一，能夠滿(mǎn)足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的用電需求。在傳統(tǒng)的硅基太陽(yáng)能電池上人們已經(jīng)展開(kāi)了大量的研究，但是因?yàn)楣に噺?fù)雜及加工溫度高，硅基電池制造成本一直居高不下，難以與常規(guī)能源相抗衡。為了縮減太陽(yáng)能電池制造成本，研究低成本、高效率的電池能夠給光伏發(fā)電技術(shù)帶來(lái)更大的競(jìng)爭(zhēng)力。采用透明導(dǎo)電的石墨烯薄膜來(lái)制備太陽(yáng)能電池被認(rèn)為新一代制備低成本、高效率的電池技術(shù)。因此，圍繞石墨烯與半導(dǎo)體結(jié)合的肖特基結(jié)太陽(yáng)能電池，本

2、文研究了化學(xué)氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition，CVD)制備的石墨烯與砷化鎵(Gr/GaAs)結(jié)合的肖特基結(jié)太陽(yáng)能電池基本性能及其性能改善、還原氧化石墨烯薄膜（reduced graphene oxide，r-GO）的光電性能及其與硅結(jié)合的太陽(yáng)能電池(r-GO/Si)性能，得到以下結(jié)果:
　　(1)通過(guò)對(duì)GaAs背面電極熱處理、設(shè)計(jì)電極結(jié)構(gòu)及鈍化砷化鎵前表面等三個(gè)優(yōu)化步驟能夠?qū)㈦姵匦手鸩教岣?。電極熱處

3、理能降低電池的串聯(lián)電阻，增大填充因子，CVD-Gr/GaAs電池效率從1.20％提升至2.03％。采用更優(yōu)結(jié)構(gòu)的電極能進(jìn)一步降低接觸電阻，使電池效率從2.03％提升至4.23％。采用Na2S鈍化GaAs能夠減小電池表面復(fù)合的程度，使電池的開(kāi)路電壓、填充因子得到了提升，最終得到的電池轉(zhuǎn)換效率從4.23％提升至6.64％。
　　(2)在Gr/GaAs肖特基結(jié)中插入聚-3己基噻吩(poly(3-hexylthiophene)，P3HT)

4、作為空穴傳輸層，電池的性能顯著增強(qiáng)，這與石墨烯和砷化鎵之間的勢(shì)壘增大、表面載流子復(fù)合減少有關(guān)。通過(guò)優(yōu)化P3HT傳輸層厚度，發(fā)現(xiàn)P3HT層太薄以致砷化鎵表面難以完全覆蓋、電池性能較低，當(dāng)P3HT厚度太厚，P3HT層光吸收顯著和體內(nèi)載流子復(fù)合嚴(yán)重，電池性能惡化，最終P3HT的最優(yōu)厚度為10 nm，使得電池的最優(yōu)轉(zhuǎn)化效率為6.84％。繼續(xù)采用雙三氟甲烷磺酰胺(bis(trifluoromethanesulfonyl)-amide，TFSA)[

5、(CF3SO2)2NH]對(duì)石墨烯進(jìn)行摻雜及TiO2作為減反射薄膜，電池性能能夠得到進(jìn)一步的提升，最終得到的電池光電轉(zhuǎn)換效率為13.7％，這是基于Gr/GaAs電池目前達(dá)到的最高的轉(zhuǎn)換效率。
　　(3)通過(guò)熱還原氧化石墨烯薄膜而得到光電性能優(yōu)異的r-GO薄膜，并將其成功應(yīng)用于石墨烯-硅肖特基結(jié)太陽(yáng)能電池。制備薄膜過(guò)程中通過(guò)改變還原溫度、調(diào)節(jié)薄膜厚度來(lái)改變薄膜光電性能，在相同的薄膜厚度情況下，還原溫度越高，r-GO薄膜的還原程度越高、