硅-PEDOT-PSS 雜化太陽能電池制備及光伏性能研究.pdf

1、由于汲取了硅基與有機(jī)太陽能電池的優(yōu)勢，硅基有機(jī)雜化太陽能電池成為當(dāng)前的一個(gè)研究熱點(diǎn)。其中聚(3，4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)（PEDOT:PSS）具有良好的光透過性與空穴傳輸性，非常適宜用來與 N型硅（Si）一起構(gòu)建Si-PEDOT:PSS雜化太陽能電池器件。業(yè)界研究聚焦于界面修飾、硅表面制絨、PEDOT:PSS改性、背接觸改善、正面反型效應(yīng)增強(qiáng)等方面，這一系列研究促使Si-PEDOT:PSS雜化太陽能電池迅速發(fā)展。
　

2、　在本文的研究中，以提升Si-PEDOT:PSS雜化太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率為目標(biāo)，我們嘗試了幾項(xiàng)有效的技術(shù)手段，如將局部鈍化層應(yīng)用于Si-PEDOT:PSS雜化電池，通過降低背表面復(fù)合速率來提升開路電壓（Voc），進(jìn)而增加Si-PEDOT:PSS雜化太陽能電池器件光電轉(zhuǎn)化效率；利用改良后的金屬催化腐蝕法制備高效陷光納米錐重構(gòu)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提升短路電流密度（Jsc），以更適用于Si-PEDOT:PSS雜化電池；利用軟件模擬建立了關(guān)于PEDO

3、T:PSS與減反層的光學(xué)模型，更高效地制備高轉(zhuǎn)化效率Si-PEDOT:PSS雜化電池。具體工作包括以下幾方面：
　?。?）為了高效地鈍化N型Si襯底，降低太陽能器件背面少數(shù)載流子復(fù)合速率，我們利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)（PECVD）沉積氮化硅（SiNx:H）鈍化膜，利用原子層沉積系統(tǒng)（ALD）沉積三氧化二鋁（Al2O3）鈍化膜，以少子壽命為主要表征方式對SiNx:H與Al2O3進(jìn)行鈍化性能測定。通過調(diào)節(jié)PECVD沉積過程中的

4、源氣流比例、襯底沉積溫度、腔體沉積功率、SiNx:H薄膜厚度等工藝，得到表面復(fù)合速率約為30 cm/s的高鈍化性能 SiNx:H薄膜。通過調(diào)節(jié)ALD沉積過程中薄膜厚度、薄膜退火溫度、退火時(shí)間等工藝，得到表面復(fù)合速率約為30 cm/s的高鈍化性能 Al2O3薄膜。經(jīng)過工藝優(yōu)化，SiNx:H與 Al2O3薄膜均展現(xiàn)出良好的鈍化性能，這方面關(guān)于高效鈍化膜的細(xì)致研究，為后續(xù)將局部鈍化技術(shù)應(yīng)用于Si-PEDOT:PSS雜化電池的研究提供了有力支撐

5、。
　?。?）我們將SiNx:H與Al2O3鈍化膜沉積在Si襯底的表面，通過光刻工藝局部保護(hù)SiNx:H與Al2O3薄膜，再利用HF酸腐蝕得到局部覆蓋的SiNx:H與Al2O3鈍化膜。經(jīng)過少子壽命對比，腐蝕后的SiNx:H膜表現(xiàn)出更佳的鈍化性能，將其應(yīng)用于Si-PEDOT:PSS雜化太陽能電池，光電轉(zhuǎn)化效率有0.6％的絕對提升。在增加鈍化層之后開路電壓（Voc）從0.523 V提升到0.557 V，從器件層面驗(yàn)證了局部SiNx:H

6、鈍化膜具有良好的鈍化能力。在這部分研究工作中，我們對正面PEDOT:PSS鈍化、背面SiNx:H鈍化，以及它們的組合鈍化效果進(jìn)行了詳細(xì)的表征和分析。
　?。?）我們提出了一種更簡單的金屬催化腐蝕法，并利用該方法在硅表面制備新型納米錐重構(gòu)結(jié)構(gòu)。該金屬催化腐蝕法只需配制一份溶液就能同時(shí)達(dá)到Ag納米顆粒沉積與表面腐蝕的效果。為制備納米錐重構(gòu)結(jié)構(gòu)，我們通過兩次處理的方式在納米錐表面形成尺寸更小的納米結(jié)構(gòu)，在研究過程中通過對比不同浸泡時(shí)間來

7、優(yōu)化重構(gòu)納米錐的制備工藝，最終得到在全光譜都有光學(xué)響應(yīng)提升的黑硅。將此黑硅應(yīng)用于Si-PEDOT:PSS雜化電池后，制備得到光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到11.75%的太陽能電池器件，相對于參考器件，光電轉(zhuǎn)化效率提升了1.84%。電池效率的提升主要?dú)w因于納米錐重構(gòu)結(jié)構(gòu)能起到更強(qiáng)陷光作用以及能與PEDOT:PSS膜產(chǎn)生更多的接觸面積。
　?。?）因?yàn)檠趸f（MoO3）的折射率在2.1左右，所以非常適合用于Si-PEDOT:PSS雜化電池的減反層。