近年來,晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率愈加接近理論極限,為了提高光子能量的利用效率,疊層太陽能電池的研究受到了越來越多的關(guān)注。經(jīng)過幾年的迅速發(fā)展,鈣鈦礦太陽能電池的效率已經(jīng)躍升至25.2%,被認(rèn)為是與硅太陽能電池組成疊層的理想材料。因此,為了能與硅組成疊層太陽能電池,需要對雙面透光的半透明鈣鈦礦太陽能電池進行研究。本文對半透明鈣鈦礦太陽能電池的相關(guān)制備工藝和性能優(yōu)化進行了研究。通過對常溫下ITO薄膜濺射工藝的研究,得到了滿足器件電學(xué)、光學(xué)性能要求的ITO薄膜;使用MoO₃輔助層,成功制備了半透明鈣鈦礦太陽能電池;使用無機空穴傳輸層CuSCN代替有機空穴傳輸層,制備了無輔助層的半透明鈣鈦礦太陽能電池;最后為了提高CuSCN基的鈣鈦礦太陽能電池工作穩(wěn)定性,對CuSCN和電極的界面進行了研究,分析了反應(yīng)過程和對器件性能的影響機理。取得的研究成果如下:（1）研究了常溫濺射條件下濺射時長對ITO薄膜方阻的影響,得到了方阻滿足需求的ITO薄膜。研究了濺射電壓對ITO薄膜電學(xué)性能的影響,對其優(yōu)化后避免了薄膜載流子不足及O斷鍵過多的問題。研究了濺射氣氛中氧分壓對ITO薄膜電學(xué)性能的... 

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(a)各個國家的可再生能源投資對比；(b)近幾十年太陽能發(fā)電與傳統(tǒng)能源發(fā)電的價格成

第一章緒論3吸收剩下的光子，可以有效收集亞帶隙光子和利用光子的能量。這樣的器件中結(jié)構(gòu)最直觀、簡單的就是疊層太陽能電池。晶硅太陽能電池電池的禁帶寬度約在1.1eV左右，同時能夠提供高達750mV的開路電壓，是一種理想的窄禁帶太陽能電池[29]。另外，以晶硅電池為基底制備疊層太陽能電池，也是出于與現(xiàn)有車間工藝流程兼容，快速、簡便地實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的考慮。而要尋找合適的寬禁帶太陽能電池則相對更加困難。Ⅲ-Ⅴ族吸光層材料由于它的高效率和可調(diào)的禁帶寬度，其與晶硅組成的疊層太陽能電池已經(jīng)受到了一些關(guān)注和研究[30]。但這一類太陽能電池的成本過高，與目前晶硅電池的市場定位不匹配，難以得到廣泛應(yīng)用。在新的太陽能電池不斷涌現(xiàn)的過程中，鈣鈦礦太陽能電池脫穎而出，被認(rèn)為是最適合與晶硅組成疊層太陽能電池的材料之一。首先，其光電轉(zhuǎn)換效率不斷取得突破，現(xiàn)在已經(jīng)達到了25.2%，同時國際上高效率的鈣鈦礦太陽能電池的報道也在迅速增多。此外，鈣鈦礦材料具有優(yōu)異的光電性能，包括高吸光系數(shù)，較弱的亞帶隙吸收以及尖銳的吸收邊[31]。對于鈣鈦礦太陽能電池來說，其吸光范圍在大范圍可調(diào)[32]，開路電壓損失小[33]，將來有望實現(xiàn)低成本、大規(guī)模生產(chǎn)，這些都使其成為了理想的疊層太陽能電池組成部分。目前，硅/鈣鈦礦太陽能電池的研究受到了許多國際知名課題組和企業(yè)的關(guān)注，效率記錄也在幾年間從不足20%上升到了25.2%，有望成為未來突破晶硅太陽電池效率極限的關(guān)鍵。圖1.2美國國家可再生能源實驗室統(tǒng)計認(rèn)證的各種電池的最高效率。Figure1.2BestefficienciesofsolarcellscollectedbyNationalRenewableEnergyLaboratory(NREL)[4].

第一章緒論5和隧穿結(jié)[47,48]等。之后，需要進一步進行鈣鈦礦太陽能電池的制備。對于電子傳輸層，常用的做法是使用無機氧化物的納米晶進行溶液法制備，如TiO2、SnO2等，為了克服硅片表面粗糙度大，兼容大規(guī)模生產(chǎn)等目的，也有使用氣相沉積方法進行生長的選擇。同樣的，鈣鈦礦吸光層和空穴傳輸層也都可以通過旋涂和氣相沉積的方法進行制備，其中空穴傳輸層主要使用spiro-OMeTAD和NiOx納米晶。在制備頂部透明電極之前，需要在空穴傳輸層上蒸鍍一層MoO3復(fù)合層，以滿足能帶匹配的需要，保護脆弱的有機傳輸層不被破壞。最后，通過濺射的方法制備一層透明導(dǎo)電電極，如ITO、IZO等，并通過蒸鍍金屬柵電極來減小橫向傳輸?shù)碾娮琛D1.3硅/鈣鈦礦疊層太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖：(a)四端疊層太陽能電池；(b)兩端疊層太陽能電池。Figure1.3Schematicsoftandemsilicon/perovskitearchitectures:(a)four-terminalmechanicallystacked;(b)two-terminalmonolithicallyintegrated[49].1.2.2性能優(yōu)化相對于43%的理論效率極限[50]，目前的疊層太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率仍有較大的提升空間。理想狀況下，高能量的光子應(yīng)被疊層的頂部電池所吸收，而由底部電池吸收剩下的光子。實際上，來自透明電極、載流子傳輸層、復(fù)合層的寄生吸收會顯著影響電池的性能。同時，反射損失、鈣鈦礦材料的能帶和厚度不匹配等都將降低疊層電池的性能。在鈣鈦礦電池部分的制備過程中，還需要考慮工藝過程中退火溫度的問題。對于HIT電池來說，能夠耐受的最高溫度約在200℃左右。而常用的電子傳輸


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