本文選題：Si-PEDOT + PSS雜化電池�。� 參考：《電子科技大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：由于汲取了硅基與有機太陽能電池的優(yōu)勢,硅基有機雜化太陽能電池成為當(dāng)前的一個研究熱點。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。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PEDOT: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:(1)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進行鈍化性能測定。通過調(diào)節(jié)PECVD沉積過程中的源氣流比例、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。(2)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,從器件層面驗證了局部SiNx:H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行了詳細(xì)的表征和分析。(3)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間來優(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歸因于納米錐重構(gòu)結(jié)構(gòu)能起到更強陷光作用以及能與PEDOT:PSS膜產(chǎn)生更多的接觸面積。(4)因為氧化鉬(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。我們利用軟件建模來預(yù)測MoO3作為減反層時組件的各項光學(xué)參數(shù)及其損失電流。結(jié)合實驗結(jié)果,論證了本理論模型的準(zhǔn)確性。通過沉積34 nm的MoO3減反層以及增加N+背場層,雜化電池在可見波段與長波段展現(xiàn)出更好的光學(xué)響應(yīng),短路電流Jsc提升到28.7 mA/cm2。相應(yīng)電池光電轉(zhuǎn)化效率為11.90 %,較參考電池(9.23%)有大幅度的提升。
[Abstract]:Due to the advantages of silicon based and organic solar cells, silicon based organic hybrid solar cells have become a hot spot of research. The polymer (3, 4-, two oxy thiophene) - poly (PEDOT:PSS) has good light transmittance and hole transmission, which is very suitable for the construction of Si-PEDOT:PSS mixed with N type silicon (Si). The industry research focuses on interface modification, silicon surface cashmere, PEDOT:PSS modification, back contact improvement, positive reaction enhancement, and so on. This series of research promotes the rapid development of Si-PEDOT:PSS hybrid solar cells. In this study, the photoelectric conversion efficiency of Si-PEDOT:PSS hybrid solar cells is improved. We have tried several effective techniques, such as applying the local passivation layer to the Si-PEDOT:PSS hybrid battery, improving the open circuit voltage (Voc) by reducing the back surface recombination rate and increasing the photoelectric conversion efficiency of the Si-PEDOT:PSS hybrid solar cell devices, and using the improved metal catalytic corrosion method to prepare the high efficient trapping nanometer. The cone reconfiguration structure, which further improves the short circuit current density (Jsc), is more suitable for Si-PEDOT:PSS hybrid batteries. The optical model about PEDOT:PSS and the antireflective layer is established by software simulation, and the high conversion efficiency Si-PEDOT:PSS hybrid battery is prepared more efficiently. The specific work includes the following aspects: (1) in order to passivate the N Si substrate efficiently, A few carrier recombination rates on the back of the solar energy device, we use the plasma enhanced chemical vapor deposition system (PECVD) to deposit the passivation film of the silicon nitride (SiNx:H), and use the atomic layer deposition system (ALD) to deposit three oxidation two aluminum (Al2O3) passivation film. The passivation performance of SiNx:H and Al2O3 is determined by the lifetime of the minority. A high passivation performance SiNx:H film with a surface composite rate of about 30 cm/s was obtained by adjusting the ratio of source flow, substrate deposition temperature, cavity deposition power and thickness of SiNx:H film during PECVD deposition. The surface recombination rate was about 30 cm/ by adjusting the thickness of the film, the annealing temperature and the annealing time during the ALD deposition. The high passivation performance of Al2O3 film of S. After optimization of technology, both SiNx:H and Al2O3 films show good passivation performance. The careful study of high efficiency passivation film provides a strong support for the subsequent application of local passivation technology to the research of Si-PEDOT:PSS hybrid batteries. (2) we deposited SiNx:H and Al2O3 passivation films on Si substrate. On the surface, SiNx:H and Al2O3 films are protected locally through the photolithography process, and then the locally covered SiNx:H and Al2O3 passivation film is obtained by HF acid corrosion. After the comparison of the lifetime of the minority, the SiNx:H film after the corrosion shows a better passivation performance, and is applied to the hybrid solar cell of Si-PEDOT:PSS, and the photoelectric conversion efficiency is increased by 0.6%. After the passivation layer, the open circuit voltage (Voc) was raised from 0.523 V to 0.557 V, which proved that the local SiNx:H passivation film has a good passivation ability from the device level. In this part of the research, we have carried out a detailed characterization and analysis of the positive PEDOT:PSS passivation, the back SiNx:H passivation, and their combination passivation effect. (3) we put forward one A more simple metal catalytic corrosion method is used to prepare a new nano cone reconfiguration structure on the silicon surface. The metal catalytic corrosion method can achieve the effect of Ag nanoparticles deposition and surface corrosion at the same time. In order to prepare the nanocone reconfiguration structure, the surface shape of nanoscale is in the way of two treatment. The nanoscale nanostructure with smaller size is optimized by comparing the different soaking time to optimize the preparation process of the nanoscale. Finally, the black silicon with optical response in all optical spectra is obtained. After the application of the black silicon to the Si-PEDOT:PSS hybrid battery, a solar cell device with a photoelectric conversion efficiency of 11.75% is prepared. For the reference device, the photoelectric conversion efficiency is increased by 1.84%. The improvement of the battery efficiency is mainly due to the stronger trapping of the nanocone reconfiguration structure and the ability to produce more contact area with the PEDOT:PSS film. (4) because the refractive index of molybdenum oxide (MoO3) is about 2.1, it is very suitable for the antireflective layer for the Si-PEDOT:PSS hybrid battery. We use software modeling to predict the optical parameters and loss currents of MoO3 as the antireflective layer. Combining the experimental results, we demonstrate the accuracy of the theoretical model. By depositing 34 nm MoO3 antireflective layers and increasing the N+ back layer, hybrid cells exhibit better optical response in the visible and long wave segments, and the short-circuit current is Js C increased to 28.7 mA/cm2., and the photoelectric conversion efficiency of the corresponding battery was 11.90%, which was greatly improved compared with the reference battery (9.23%).

【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM914.4

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本文編號：1773701