【摘要】：發(fā)展可再生清潔能源一直是人類解決當(dāng)前能源危機(jī)與環(huán)境污染的一個(gè)重要途徑。其中太陽能作為可再生能源的重要組成部分,因其分布廣泛、取之不竭、安全可靠、環(huán)境友好等特點(diǎn),已經(jīng)成為了各國競相發(fā)展的熱點(diǎn)。硅基太陽能電池是光伏市場(chǎng)中的巨頭,占據(jù)了市場(chǎng)90%的份額,而硅基薄膜電池又因?yàn)槠涑杀据^低,可大規(guī)模生產(chǎn),適于分布式應(yīng)用等優(yōu)勢(shì),受到了廣泛關(guān)注。然而非晶硅材料也受限于自身長程無序的原子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及光致衰減效應(yīng)等缺點(diǎn),電池效率一直未能得到較大提高,限制了其進(jìn)一步發(fā)展。為此,探索利用納米線結(jié)構(gòu)構(gòu)建三維徑向薄膜太陽能電池是一個(gè)重要的研究突破方向�；谡n題組自主創(chuàng)新的低熔點(diǎn)金屬催化誘導(dǎo)硅納米線生長技術(shù),本論文系統(tǒng)深入地研究了在等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)系統(tǒng)中的低熔點(diǎn)金屬誘導(dǎo)氣-液-固(Vapor-Liquid-Solid,VLS)硅納米線生長模式,并制備了高效徑向結(jié)非晶硅薄膜太陽能電池器件,研究了其獨(dú)特的強(qiáng)陷光效應(yīng)、腔模式耦合以及抗光致衰減效應(yīng)等特性,結(jié)合理論模擬和實(shí)驗(yàn)探索提出了優(yōu)化的徑向結(jié)光電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。進(jìn)一步,本論文還探索將硅基徑向結(jié)電池結(jié)構(gòu)與無機(jī)銫系鈣鈦礦量子點(diǎn)相結(jié)合,首次實(shí)現(xiàn)了性能優(yōu)異的硅基超快、高靈敏日盲紫外探測(cè)器件,為大面積硅基紫外探測(cè)應(yīng)用提供了一個(gè)新的方向。本論文具體的創(chuàng)新點(diǎn)如下:一、深入研究并優(yōu)化了在新的PECVD系統(tǒng)環(huán)境中利用低熔點(diǎn)金屬錫(tin)催化的硅納米線VLS生長制備技術(shù)。系統(tǒng)探索了前期氫處理?xiàng)l件、催化金屬薄膜厚度、生長時(shí)間/溫度、摻雜濃度調(diào)控等關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)硅納米線形貌的影響。針對(duì)徑向結(jié)薄膜電池制備需求,成功穩(wěn)定制備出長度均勻約為1 μm,平均直徑為30～40nm,密度精確控制在3×108/cm2的優(yōu)化納米線陣列結(jié)構(gòu)。在硅納米線形貌調(diào)控基礎(chǔ)上,進(jìn)一步制備了高效徑向結(jié)非晶硅薄膜太陽能電池,并較為系統(tǒng)地研究了納米線摻雜、窗口層的摻雜、本征吸收層厚度、納米線密度以及退火溫度對(duì)電池性能的影響。通過系統(tǒng)參數(shù)摸索,制備了開路電壓Voc=0.8V,填充因子FF=66%,短路電流Jsc=16mA/cm2,轉(zhuǎn)換效率在8%以上的高效單結(jié)徑向結(jié)非晶硅薄膜太陽能電池,也為后續(xù)光電探測(cè)器件應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。二、通過有限元分析和數(shù)值模擬,對(duì)單結(jié)非晶硅徑向結(jié)薄膜太陽能電池的獨(dú)特光場(chǎng)耦合、吸收及其分布特性進(jìn)行了探索研究。尤其針對(duì)隨機(jī)納米線陣列結(jié)構(gòu)特性,研究了徑向結(jié)電池陣列傾斜角度對(duì)整體光電轉(zhuǎn)換和吸收特性進(jìn)行了深入模擬分析。研究發(fā)現(xiàn),在納米線密度適當(dāng)?shù)那闆r下,直徑與光波長相比擬的徑向結(jié)電池結(jié)構(gòu)本身的隨機(jī)取向以及自遮蔽效應(yīng)并不構(gòu)成限制問題,依然能夠獲得和豎直納米線陣列一樣的光吸收性能。這為利用低成本隨機(jī)VLS生長納米線陣列制備高性能徑向結(jié)電池提供了關(guān)鍵的理論依據(jù)。三、探索了一種新穎高效的無機(jī)銫系鈣鈦礦量子點(diǎn)(Inorganic perovskite CsPbX3,IPQDs)與硅納米線徑向結(jié)(Silicon Nanowire Radial p-i-n Junction)雜化薄膜日盲探測(cè)器件構(gòu)架,其中IPQDs量子點(diǎn)具有優(yōu)異的紫外光電吸收和量子轉(zhuǎn)化效率。將其均勻布置在三維(3D)構(gòu)架的硅納米線徑向結(jié)薄膜電池結(jié)構(gòu)的表面,可將日盲信號(hào)直接轉(zhuǎn)化為徑向非晶硅p-i-n結(jié)區(qū)最優(yōu)化波長(-500 nm附近)實(shí)現(xiàn)靈敏吸收探測(cè)。另外,針對(duì)快速探測(cè)需求,徑向結(jié)中本征結(jié)區(qū)厚度可從平面結(jié)的300 nnn降到僅僅80 nnn優(yōu)化,從而有利于光生載流子的快速吸收和響應(yīng)�；诖思夹g(shù),最終實(shí)現(xiàn)了可大面積低成本制備和應(yīng)用的硅基薄膜日盲探測(cè)器件:在200nm深紫外獲得了50mA/W的響應(yīng)度,目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了較快的日盲光電探測(cè)(上升和下降時(shí)間沿為0.48ms/1.03ms),并還有較大進(jìn)一步提升空間。同時(shí),由于采用無機(jī)銫系量子點(diǎn)結(jié)構(gòu),探測(cè)器件不需要特殊封裝即可穩(wěn)定工作1000小時(shí)以上,為大幅度降低成本和規(guī)�；瘧�(yīng)用推廣奠定了關(guān)鍵基礎(chǔ)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM914.42

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;日研制出新型薄膜太陽能電池效率提高4倍[J];東北電力技術(shù);2005年02期

2 Katherine Derbyshire;;薄膜太陽能電池前途光明[J];集成電路應(yīng)用;2007年06期

3 趙安中;;我國銅銦硒薄膜太陽能電池項(xiàng)目中試正式啟動(dòng)[J];功能材料信息;2008年02期

4 孔繼川;繆娟;;薄膜太陽能電池研究進(jìn)展[J];化工時(shí)刊;2008年07期

5 Izabela Kuzma;Guy Beaucarne ;Jef Poortmans;;提高薄膜太陽能電池的效率[J];集成電路應(yīng)用;2008年09期

6 ;英國發(fā)現(xiàn)制造薄膜太陽能電池的新技術(shù)[J];大眾科技;2009年02期

7 章從福;;薄膜太陽能電池 未來成長仍看好[J];半導(dǎo)體信息;2009年02期

8 ;全球薄膜太陽能電池產(chǎn)能持續(xù)大幅增長[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2009年09期

9 譚強(qiáng);;我國薄膜太陽能電池標(biāo)準(zhǔn)組織在佛山成立[J];功能材料信息;2010年Z1期

10 ;我國生產(chǎn)高端薄膜太陽能電池有了“利器”[J];光機(jī)電信息;2011年02期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 梁駿吾;;薄膜太陽能電池的研究進(jìn)展(英文)[A];多晶硅及太陽能電池技術(shù)發(fā)展研討會(huì)論文集[C];2011年

2 徐軼;朱德貴;;薄膜太陽能電池的研究現(xiàn)狀和展望[A];2009中國功能材料科技與產(chǎn)業(yè)高層論壇論文集[C];2009年

3 張軍;邵樂喜;;真空技術(shù)在銅基化合物薄膜太陽能電池生產(chǎn)工藝中的運(yùn)用[A];2013年廣東省真空學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2013年

4 魏杰;雷巖;翟學(xué)珍;鄭直;;氧化銀薄膜的室溫固相合成及其在體相異質(zhì)結(jié)薄膜太陽能電池中的應(yīng)用[A];第十三屆全國太陽能光化學(xué)與光催化學(xué)術(shù)會(huì)議學(xué)術(shù)論文集[C];2012年

5 鄭軍;潘勇;歐銅鋼;譚艷芳;范清喜;;In摻雜ZnO薄膜的電沉積制備及電流密度對(duì)薄膜光電性能的影響[A];中國力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'2009論文摘要集[C];2009年

6 曹安源;;基于碳納米管的薄膜太陽能電池及多孔吸附材料[A];中國化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第04分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2010年

7 黃勇;萬之堅(jiān);李海峰;;薄膜太陽能電池陶瓷襯底沉積工藝及性能的研究[A];中國硅酸鹽學(xué)會(huì)2003年學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集[C];2003年

8 范俊奇;武四新;;無機(jī)合成法制備TiO_2納米線陣列/CIS薄膜太陽能電池[A];中國化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第04分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2010年

9 范俊奇;武四新;;無機(jī)合成法制備TiO_2納米線陣列/CIS薄膜太陽能電池[A];中國化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第10分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2010年

10 周麗梅;薛鈺芝;李劍鋒;;磁控濺射法制備Cu(In,Al)Se_2薄膜性能的研究[A];TFC’09全國薄膜技術(shù)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文摘要集[C];2009年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 于夕;G安泰A薄膜太陽能電池項(xiàng)目進(jìn)展順利[N];證券時(shí)報(bào);2006年

2 記者 程娟;就強(qiáng)效薄膜太陽能電池項(xiàng)目[N];咸陽日?qǐng)?bào);2008年

3 陳其玨;明年薄膜太陽能電池需求下降[N];中國改革報(bào);2008年

4 高志中;海南三亞重點(diǎn)培育薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)[N];中國建材報(bào);2008年

5 本報(bào)記者 陸曉輝;政策成本助推 薄膜太陽能電池發(fā)展提速[N];中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào);2009年

6 記者 王馨;南京要造薄膜太陽能電池了[N];南京日?qǐng)?bào);2010年

7 記者 張曉博;我國首家薄膜太陽能電池項(xiàng)目落戶銀川[N];銀川晚報(bào);2010年

8 王小龍;鋁粒子可提高薄膜太陽能電池轉(zhuǎn)化效率[N];科技日?qǐng)?bào);2011年

9 葉鋒;薄膜太陽能電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展有望提速[N];國家電網(wǎng)報(bào);2011年

10 王小龍;薄膜太陽能電池轉(zhuǎn)化效率獲得提高[N];科技日?qǐng)?bào);2011年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 馬圖騰;Cu_2ZnSnSe_4薄膜太陽能電池的磁控濺射制備工藝和性能研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

2 陶加華;高效率Cu_2ZnSnS_4薄膜太陽能電池電化學(xué)共沉積制備及性能研究[D];華東師范大學(xué);2016年

3 彭瑛;基于聚合物及聚合物/非晶硅雜化薄膜太陽能電池的研究[D];北京交通大學(xué);2016年

4 李建民;CTS和CZTS薄膜太陽能電池的水浴法制備與性能研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

5 尹博;銅銦硒薄膜太陽能電池中晶界的作用機(jī)理研究[D];東南大學(xué);2015年

6 李士娜;新型薄膜太陽能電池吸收層材料CuYSe_2的研究[D];北京科技大學(xué);2017年

7 劉新勝;熱蒸發(fā)法制備硒化銻（Sb_Se_3）薄膜太陽能電池及其性能研究[D];華中科技大學(xué);2016年

8 孟憲寬;銅鐵錫硫（硒）薄膜材料結(jié)構(gòu)及其光伏特性研究[D];華東師范大學(xué);2017年

9 蔣方丹;銅銦硒薄膜太陽能電池材料的制備與若干理論計(jì)算研究[D];清華大學(xué);2007年

10 萬磊;銅銦硒薄膜太陽能電池相關(guān)材料研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 萬克明;無機(jī)或無機(jī)—有機(jī)雜化薄膜太陽能電池研究[D];西南大學(xué);2015年

2 耿浩珂;基于光柵結(jié)構(gòu)薄膜太陽能電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化[D];鄭州大學(xué);2015年

3 趙國亮;銅氧化物薄膜太陽能電池及其在航標(biāo)燈上的應(yīng)用研究[D];集美大學(xué);2015年

4 肖玲玲;旋涂法制備CICS薄膜太陽能電池光吸收層[D];內(nèi)蒙古大學(xué);2015年

5 肖華鵬;基于等離激元結(jié)構(gòu)柔性非晶硅薄膜太陽能電池的研究[D];南京理工大學(xué);2015年

6 李鑫;新型半導(dǎo)體光吸收材料的制備、表征及其在薄膜太陽能電池中的應(yīng)用[D];南京大學(xué);2015年

7 郭文彬;基于溶劑熱方法薄膜太陽能電池吸收層材料銅銦硒的制備和生成機(jī)理的研究[D];電子科技大學(xué);2015年

8 鐘建平;高效陷光結(jié)構(gòu)玻璃基片研究及其在薄膜太陽能電池中的應(yīng)用[D];上海交通大學(xué);2013年

9 趙振偉;CuInSe_2/TiO_2/FTO復(fù)合薄膜中界面光生電荷傳輸性質(zhì)研究[D];河南大學(xué);2015年

10 王曉云;電沉積法制備CuInS_2薄膜及其結(jié)構(gòu)和光電特性研究[D];河南大學(xué);2015年

，

本文編號(hào)：2346116