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文檔簡介
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,能夠滿足人們?nèi)找嬖鲩L的用電需求。在傳統(tǒng)的硅基太陽能電池上人們已經(jīng)展開了大量的研究,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)帶來更大的競爭力。采用透明導(dǎo)電的石墨烯薄膜來制備太陽能電池被認(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)合的太陽能電池(r-GO/Si)性能,得到以下結(jié)果:
(1)通過對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壘增大、表面載流子復(fù)合減少有關(guān)。通過優(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)太陽能電池。制備薄膜過程中通過改變還原溫度、調(diào)節(jié)薄膜厚度來改變薄膜光電性能,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、
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