【摘要】：硅基-有機(jī)雜化太陽能電池兼顧了硅基太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率高、使用壽命長、電池特性穩(wěn)定和有機(jī)太陽能電池生產(chǎn)工藝簡單、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。研究硅基-有機(jī)太陽能電池有望克服硅基電池工藝成本耗能大、生產(chǎn)過程復(fù)雜的問題,同時解決有機(jī)太陽能電池載流子遷移率低的問題,從而具有比現(xiàn)有晶硅太陽能電池更加高效-低成本的潛力。絕大多數(shù)的硅基-有機(jī)雜化太陽能電池采用n型硅襯底與p型有機(jī)聚合物形成異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)。研究中最常用的p型有機(jī)聚合物是PEDOT:PSS,這是因?yàn)镻EDOT:PSS具有透光率高、電導(dǎo)率高等優(yōu)點(diǎn)。自2010年以來,硅基-有機(jī)太陽能電池研究興起,國內(nèi)外各研究機(jī)構(gòu)取得了矚目的進(jìn)展,光電轉(zhuǎn)換效率記錄不斷刷新,但是在Si/PEDOT:PSS雜化電池中,PEDOT:PSS薄膜特性如何影響器件光伏性能、鈍化層如何影響n-Si/PEDOT:PSS界面特性、器件可靠性問題以及進(jìn)一步提高光電轉(zhuǎn)換效率等方面,依然存在著欠缺,這些問題也制約著硅基-有機(jī)太陽能電池性能和推廣應(yīng)用。針對以上存在的部分問題,本文圍繞硅基-有機(jī)雜化太陽能電池,開展了以下四個方面的理論和實(shí)驗(yàn)研究,主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:1)PEDOT:PSS薄膜摻雜及退火工藝研究。首先選用了乙二醇為摻雜劑制備n-Si/PEDOT:PSS型太陽能電池,研究了摻雜濃度和退火溫度對電池性能的影響規(guī)律,當(dāng)選用乙二醇為摻雜劑,摻雜濃度為7%,退火溫度為190 ~oC時,太陽能電池的光伏特性最佳;其次,采用基于Lambert W函數(shù)的數(shù)值擬合方法對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合驗(yàn)證,并提取了太陽能電池的理想因子n,串聯(lián)電阻R_S和并聯(lián)電阻R_(SH)的數(shù)值,通過分析n,R_S,R_(SH)隨退火溫度的變化規(guī)律,得到了退火溫度變化與太陽能電池光伏特性變化的內(nèi)在聯(lián)系;最后,通過測試PEDOT:PSS薄膜的表面粗糙度、電導(dǎo)率以及反射率,得出了退火能夠提高PEDOT:PSS薄膜的電導(dǎo)率從而改善n-Si/PEDOT:PSS太陽能電池光伏特性的結(jié)論。2)n-Si/PEDOT:PSS太陽能電池氧化硅(SiO_x)鈍化實(shí)驗(yàn)研究。基于自然氧化生長SiO_x鈍化層,研究了鈍化層對于PEDOT:PSS薄膜表面粗糙程度、溶液浸潤性、內(nèi)建電勢、光吸收能力的影響,并且分析得出太陽能電池效率的改善的原因是SiO_x鈍化層正表面固定電荷使硅與PEDOT:PSS的接觸界面能帶向上彎曲,提高了光生載流子越過勢壘的幾率。在此基礎(chǔ)上制備的雜化太陽能電池具有良好的光伏特性,最佳光電轉(zhuǎn)換效率為13.31%,短路電流為33.72 mA/cm~2,開路電壓V_(OC)為為0.607 V,對應(yīng)填充因子FF為65%。3)n-Si/PEDOT:PSS太陽能電池氧化鋁(Al_2O_3)鈍化實(shí)驗(yàn)研究。在硅表面采用ALD生長Al_2O_3,研究了Al_2O_3鈍化層厚度對于電池性能的影響規(guī)律和不同Al_2O_3厚度下的量子效率、光致發(fā)光特性,研究發(fā)現(xiàn)在Al_2O_3厚度為1.07 nm條件下獲得最佳光電轉(zhuǎn)換效率為14.84%,開路電壓為0.622 V,短路電流為34.73 mA/cm~2,填充因子為68.67%;將Al_2O_3鈍化層、SiO_x鈍化層以及無鈍化層的太陽能電池樣品在光伏特性和可靠性方面進(jìn)行了對比,使用Al_2O_3鈍化的器件具有最低的暗態(tài)電流和最高的光電轉(zhuǎn)換效率,并且在存放8天之后,無鈍化層的樣品光伏特性衰減最小,由此得出雜化太陽能電池光伏特性退化的兩方面原因:一是PEDOT:PSS薄膜吸水導(dǎo)致分子共軛分布變化引起空穴傳輸能力下降,二是空氣中的氧原子穿過PEDOT:PSS層和鈍化層到達(dá)Si襯底表面反應(yīng)生成SiO_x引起串聯(lián)電阻增大。4)氧化石墨烯(GO)與PEDOT:PSS混合空穴傳輸層實(shí)驗(yàn)研究。使用二維材料GO與PEDOT:PSS溶液相堆疊組成混合空穴傳輸層,提高空穴傳輸層的傳輸能力,降低太陽能電池器件的暗電流;使用拉曼光譜、紫外分光度計等測試手段分析了復(fù)合空穴傳輸層覆蓋特征、光吸收能力和瞬態(tài)光伏特性,結(jié)果表明GO能夠與PEDOT:PSS薄膜兼容,提高了雜化太陽能電池的光吸收能力,同時與單層PEDOT:PSS空穴傳輸層相比,光生載流子的復(fù)合時間由92.5μs增加到99.5μs,證明了混合空穴傳輸層能夠有效抑制了載流子的復(fù)合作用。
【圖文】：

西安電子科技大學(xué)博士學(xué)位論文向 n 型半導(dǎo)體一側(cè)運(yùn)動。p 型半導(dǎo)體中帶正電的空穴離開原有位，在 p 型半導(dǎo)體中會相應(yīng)的留下一個帶負(fù)電的受主離子，n 型半流入 p 型半導(dǎo)體后，則會留下一個帶正電的施主離子。施主離子兩側(cè)大量積累，將在接觸面兩側(cè)形成一個由 n 區(qū)指向 p 區(qū)的電場空穴向 p 型半導(dǎo)體一側(cè)漂移，電子向 n 型一側(cè)漂移，從而阻止擴(kuò)度梯度引起的擴(kuò)散運(yùn)動與電場引起的漂移運(yùn)動達(dá)到動態(tài)平衡時，沒有載流子運(yùn)動，就形成了耗盡區(qū)，此時耗盡區(qū)內(nèi) p-n 結(jié)兩側(cè)的由于內(nèi)建電場的存在，p 型半導(dǎo)體和 n 型半導(dǎo)體能帶會發(fā)生彎曲級 Ef，此時的能帶結(jié)構(gòu)如圖 1.1 所示，在沒有外界光照激勵條件流產(chǎn)生。

硅材料具有來源廣泛，制備切割硅錠技術(shù)成熟，光電轉(zhuǎn)換效率高，生產(chǎn)工藝相簡單適用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。晶體硅太陽能電池根據(jù)硅晶體類型的不同，又以分為單晶硅（CrystallineSi）太陽能電池、多晶硅（Multi-crystallineSi）太陽能電和非晶硅（Amorphous Si）太陽能電池[12,13]。無論是單晶硅、多晶硅還是非晶硅太陽能電池，其基本結(jié)構(gòu)大致相同，目前工生產(chǎn)中所采用的結(jié)構(gòu)都相對簡單。使用直拉法的單晶硅或者掦造法的多晶硅為基底一般采用硼擴(kuò)散摻雜，電阻率為 0.1~1Ω·cm，先在溶液中濕法腐蝕形成絨面，再進(jìn)熱擴(kuò)散工藝形成發(fā)射區(qū)，最后通過常壓增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積（PECVD）生長減反射層燒結(jié)形成正負(fù)電極得到結(jié)構(gòu)完整的太陽能電池[14]。1.3.2 有機(jī)太陽能電池有機(jī)材料，包括大分子聚合物[15]，，小分子材料[16]，富勒烯衍生物[17]等具有成本廉，光吸收系數(shù)高，柔韌性好，工藝簡單適應(yīng)于印刷電子技術(shù)等特點(diǎn)，在光伏研究域中受到的關(guān)注越來越多。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM914.4

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王文清;;不可譯性與語言的雜化[J];文教資料;2011年31期

2 穆亞沙爾·穆罕默德;;不可譯性與語言的雜化[J];才智;2011年22期

3 駱定法,劉雪,王鳳貴;等性雜化與不等性雜化[J];聊城師院學(xué)報(自然科學(xué)版);2001年04期

4 劉興旺;雜化方式與分子性質(zhì)的關(guān)系[J];內(nèi)蒙古師大學(xué)報(自然科學(xué)漢文版);2000年02期

5 J.E·戈登;楊蓉容;;共振[J];韶關(guān)師專學(xué)報;1987年02期

6 龔尚慶;曲立湖;余壽綿;;四維雜化弦[J];高能物理與核物理;1989年07期

7 楊宏軍;許進(jìn)寶;張廣照;;環(huán)狀單體與乙烯基單體的雜化共聚[J];中國科學(xué):化學(xué);2013年08期

8 馬小天;;不可譯性與語言的雜化[J];劍南文學(xué)(經(jīng)典教苑);2012年10期

9 周莉;肖增鈞;劉波;羅仲寬;劉劍洪;;雜化非異氰酸酯聚氨酯的合成方法、性能及應(yīng)用前景[J];涂料工業(yè);2009年06期

10 王猛,錢錦文,鄭寶慶,楊騖遠(yuǎn),蔣唯峰,方佐,葉瑛;坡縷石/聚丙烯酰胺無機(jī)-有機(jī)雜化絮凝劑的合成、表征與應(yīng)用[J];高等學(xué)�；瘜W(xué)學(xué)報;2004年08期

相關(guān)會議論文 前10條

1 郭國聰;王明盛;徐剛;張章靜;羅峰;李培欣;蔡麗珍;;無機(jī)-有機(jī)雜化光致變色材料的研究[A];中國化學(xué)會第30屆學(xué)術(shù)年會摘要集-第十六分會：晶體工程[C];2016年

2 趙英;殷秀梅;于乃森;董斌;;雜化粒子場方法模擬碳納米管/嵌段共聚物共混復(fù)合材料[A];2015年全國高分子學(xué)術(shù)論文報告會論文摘要集——主題E 高分子理論計算模擬[C];2015年

3 唐靜;苗文科;吳涵;鄭萍;王維;;多金屬氧簇—聚合物雜化物:創(chuàng)造新型的功能材料[A];2014年全國高分子材料科學(xué)與工程研討會學(xué)術(shù)論文集（下冊）[C];2014年

4 李晶晶;鄧聯(lián)東;邢金峰;董岸杰;;二氧化鈦陽離子雜化電泳納米粒的制備與表征[A];2011年全國高分子學(xué)術(shù)論文報告會論文摘要集[C];2011年

5 歐俊杰;張海洋;林輝;王紅衛(wèi);劉忠山;鄒漢法;;基于多面體低聚倍半硅氧烷雜化整體柱的制備及應(yīng)用[A];中國化學(xué)會第十一屆全國生物醫(yī)藥色譜及相關(guān)技術(shù)學(xué)術(shù)交流會（材料分析與其它分會）論文摘要集[C];2016年

6 劉廣寧;李村成;;以疏水有機(jī)陽離子構(gòu)筑水穩(wěn)定性增強(qiáng)鉛碘雜化晶態(tài)材料的研究[A];第三屆新型太陽能電池學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2016年

7 唐征海;郭寶春;;橡膠基體中雜化填料的構(gòu)建與協(xié)同效應(yīng)[A];第十二屆中國橡膠基礎(chǔ)研討會會議摘要集[C];2016年

8 陳筱誠;余輝;郭娟;龍英才;;Y型沸石的甲胺雜化改性的研究[A];第十五屆全國分子篩學(xué)術(shù)大會論文集[C];2009年

9 吳波;余萍;崔燦;吳名;張洋;劉磊;王彩霞;卓仁禧;黃世文;;含葉酸還原敏感性脂質(zhì)-聚合物雜化納米粒子用于阿霉素靶向輸送[A];2013年全國高分子學(xué)術(shù)論文報告會論文摘要集——主題H：醫(yī)用高分子[C];2013年

10 王鋒;溫麗麗;李東風(fēng);;過渡金屬-單壁碳納米管雜化多孔材料的合成[A];中國化學(xué)會第27屆學(xué)術(shù)年會第08分會場摘要集[C];2010年

相關(guān)重要報紙文章 前6條

1 莊愉;雜化模式備受全球藥業(yè)追捧[N];醫(yī)藥經(jīng)濟(jì)報;2010年

2 張荔子;“雜化人工肝”提高解毒功能[N];健康報;2006年

3 記者 房琳琳;一種全新雜化聚合物問世[N];科技日報;2016年

4 本報記者 周昆;別讓球場輸在選錯草種上[N];中國花卉報;2011年

5 記者 王文嫣;“燃燒”吧，二氧化碳[N];上海證券報;2016年

6 楊根虎;全面提升紀(jì)檢監(jiān)察隊伍公信力[N];中國紀(jì)檢監(jiān)察報;2008年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 張晨旭;高效硅基-有機(jī)雜化太陽能電池退火與鈍化工藝研究[D];西安電子科技大學(xué);2018年

2 孫文杰;功能性雜化納米凝膠的設(shè)計及其腫瘤磁共振診斷[D];東華大學(xué);2018年

3 郭亞雄;雜化太陽能電池界面材料研究[D];武漢大學(xué);2018年

4 姜楠;細(xì)胞表面納米生物雜化界面的構(gòu)建及功能化研究[D];武漢理工大學(xué);2015年

5 汪冬冬;金屬有機(jī)框架雜化納米材料在納米醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2018年

6 呂佳林;Yb基化合物中雜化現(xiàn)象的紅外光譜學(xué)研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院物理研究所);2017年

7 沈亞利;有機(jī)雜化銀鹵化物的合成、結(jié)構(gòu)及性能研究[D];蘇州大學(xué);2018年

8 高宇;有機(jī)材料中雜化激發(fā)態(tài)的設(shè)計、調(diào)控與發(fā)光性能的理論研究[D];吉林大學(xué);2018年

9 金淦;水溶液加工制備的聚合物/納米晶雜化太陽能電池[D];吉林大學(xué);2018年

10 楊騖遠(yuǎn);氫氧化鋁—聚丙烯酰胺雜化材料的制備和稀溶液行為及其絮凝性能研究[D];浙江大學(xué);2005年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 韓夢單;有機(jī)—無機(jī)雜化的含釕多金屬氧簇的合成、結(jié)構(gòu)及性質(zhì)[D];河南大學(xué);2018年

2 劉淑真;有機(jī)雜化鍺和錫硒代酸鹽的制備、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)[D];蘇州大學(xué);2018年

3 劉珊珊;非金屬礦物土雜化炭膜的制備及氣體分離性能的研究[D];沈陽工業(yè)大學(xué);2018年

4 李森;Zn雜化A型分子篩的合成及其在抗菌材料中的應(yīng)用[D];山東理工大學(xué);2018年

5 李銘洋;取向碳納米管/無機(jī)氧化物雜化纖維的制備與性能研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

6 曾一成;水性有機(jī)硅/SiO_2/聚丙烯酸酯雜化樹脂的制備與性能研究[D];華南理工大學(xué);2018年

7 沈浩;聚醚砜/改性凹凸棒雜化微球去除水中雙酚A、磺胺甲惡唑的研究[D];湖南大學(xué);2018年

8 呂曉飛;系列卟啉—多酸離子型雜化物的制備、表征及其光催化性能的研究[D];北京化工大學(xué);2018年

9 張雨萌;金屬取代Keggin型多酸雜化二聚體的合成及催化性質(zhì)研究[D];大連理工大學(xué);2018年

10 趙改;PES/TiO_2雜化超濾膜的制備及在切削廢水處理中的應(yīng)用[D];河北工業(yè)大學(xué);2017年

本文編號：2618233