本文關(guān)鍵詞：有機(jī)—硅納米結(jié)構(gòu)光伏電池的光電性質(zhì)及界面研究　出處：《蘇州大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：在本論文中，本課題通過使用不同表面形貌的硅納米結(jié)構(gòu)和共軛導(dǎo)電聚合物聚3,4二氧乙烯噻吩：聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS），利用溶液加工的方法制備雜化肖特基異質(zhì)結(jié)太陽能電池，對其性能進(jìn)行了表征并研究電荷傳輸機(jī)制。通過對硅納米結(jié)構(gòu)的表面結(jié)構(gòu)優(yōu)化，最大程度降低了硅納米線的表面積，同時還保證了足夠的光吸收能力與較低的表面復(fù)合速率，并減少了表面的缺陷態(tài)密度，而這些都有利于制備高效率的太陽能電池。經(jīng)過這些處理之后，本課題制備了基于硅-PEDOT:PSS有機(jī)無機(jī)雜化異質(zhì)結(jié)太陽能電池，最高效率實現(xiàn)了13.6%。本課題利用帶有積分球的反射光譜儀、透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、少子壽命測試儀、電感耦合等離子體質(zhì)譜儀、瞬態(tài)光電壓（光電流）衰減測試和器件性能模擬等方法對硅雜化太陽能電池的器件性能、傳輸機(jī)制以及不同硅材料的表面形貌、柔性硅基底和不同材料對電池表面的修飾進(jìn)行了系統(tǒng)的表征和研究。主要工作包括： 1.研究了硅-PEDOT:PSS雜化光伏器件的界面性質(zhì)，并通過硅表面的界面缺陷態(tài)密度來表征其電荷分離與傳輸能力。界面缺陷態(tài)密度受到器件中硅材料的表面形貌所影響，經(jīng)過甲基化處理過的硅納米線雜化異質(zhì)結(jié)器件要比未被甲基化處理過的硅納米線雜化異質(zhì)結(jié)器件以及平面甲基化硅雜化異質(zhì)結(jié)器件的效率要高，這是由于經(jīng)過甲基化處理的硅納米線雜化異質(zhì)結(jié)器件的缺陷態(tài)密度低至~1012cm-2eV-1，這比傳統(tǒng)的金屬-硅肖特基結(jié)的太陽能電池的缺陷態(tài)密度（1013-1014cm-2eV-1）低1到2個數(shù)量級，證明了低缺陷態(tài)密度是器件性能提高的原因之一。 2.發(fā)展了一種制備高效硅-PEDOT:PSS雜化光伏器件，可以有效降低器件的串聯(lián)電阻和增加并聯(lián)電阻，研究了串聯(lián)電阻與并聯(lián)電阻的調(diào)控對器件性能的影響。通過選擇合適的硅材料基底尺寸以及運用物理切割方法，可以對串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻做出調(diào)整，這樣使得器件可以更有效地輸出功率，器件的性能能夠得到極大的提高。這種方法能夠有效顯著提升有機(jī)硅雜化肖特基異質(zhì)結(jié)太陽能電池的性能。 3.利用太陽能冶金級硅基底制備了一種可以使用低溫溶液方法制備雜化肖特基異質(zhì)結(jié)器件。金屬輔助化學(xué)刻蝕法工藝能部分地提升硅片表面處的質(zhì)量來抑制界面處的肖克萊-里德-霍爾復(fù)合（Shockley-Read-Hall，SRH復(fù)合），與此同時納米結(jié)構(gòu)的硅片基底能夠有效地彌補(bǔ)較薄的硅基底吸光不足的缺點，并且提高光吸收能力，改善器件的性能，同時能減輕對高純硅材料的依賴。本課題制備了太陽能冶金級硅/PEDOT:PSS雜化肖特基異質(zhì)結(jié)器件，并獲得了目前基于冶金級硅材料的最高12.0%的效率。 4.將超�。▇14m）柔性硅納米結(jié)構(gòu)經(jīng)過簡便的表面形貌修飾后本課題制備了效率高達(dá)9.1%的有機(jī)硅雜化異質(zhì)結(jié)太陽能電池。為了補(bǔ)償超薄硅片基底引起的對光吸收不足的缺點，本課題通過金屬輔助化學(xué)刻蝕法在超薄柔性硅基底上制備了硅納米線結(jié)構(gòu)，與平面硅相比，其光吸收能力提高了約1.6倍。本課題制備了基于超薄高效柔性硅納米結(jié)構(gòu)的有機(jī)無機(jī)雜化異質(zhì)結(jié)太陽能電池。 5.通過加入空穴阻擋層ZnMgO納米晶薄膜，利用低溫溶液法制備了效率高達(dá)13.6%的硅/PEDOT:PSS有機(jī)無機(jī)雜化異質(zhì)結(jié)太陽能電池。本課題通過加入空穴阻擋層ZnMgO納米晶薄膜，在硅片基底的背部旋涂形成有效的空穴阻擋層，不僅阻止了空穴向陰極擴(kuò)散，，同時還改善了背部金屬電極與硅襯底直接接觸造成的載流子復(fù)合問題，抑制界面處的電荷復(fù)合損失，提高了電荷的傳輸能力和器件效率。
[Abstract]:In this paper, through the silicon nanostructures and conjugated conducting polymers using different surface morphology of poly 3,4 two oxygen ethylene thiophene: polystyrene sulfonic acid (PEDOT:PSS), preparation of hybrid Schottky heterojunction solar cells using solution processing, the properties were characterized and studied the charge transport mechanism. By optimizing the structure of the surface silicon nanostructures, minimizing the silicon nanowire surface area, but also to ensure the ability to absorb enough light and low surface recombination rate, and reduce the surface defect density, which are conducive to the preparation of high efficiency solar cell. After the processes, the project preparation the silicon -PEDOT:PSS organic-inorganic hybrid heterojunction solar cell based on the highest efficiency to achieve the 13.6%. based reflection spectrometer with integral sphere, transmission electron microscopy, scanning Electron microscopy, photoconductance decay, inductively coupled plasma mass spectrometry, transient photovoltage (photocurrent) attenuation test and device performance simulation device performance of silicon hybrid solar cells, the transmission mechanism and the different surface morphology of silicon material, silicon modified flexible substrate and different materials on the surface of the cell were characterized and the main work includes the study system:
1. study on the interfacial properties of -PEDOT:PSS silicon hybrid photovoltaic devices, and to characterize the charge separation and transmission capacity through the interface defect density of the silicon surface. The interface defect density by the surface morphology of silicon device materials affected by the efficiency after methylation treated silicon nanowire hybrid heterojunction devices than unmethylated the treated silicon nanowire hybrid heterojunction devices and planar methylation silicon hybrid heterojunction devices to be high, this is because the defect density after methylation treatment of silicon nanowire hybrid heterojunction devices as low as ~ 1012cm-2eV-1, the ratio of the defect density of states of the traditional solar cell metal - Silicon Schottky junction (the 1013-1014cm-2eV-1) low 1 to 2 orders of magnitude, proves that the low defect density is one of the reasons for the improved device performance.
2. the development of a preparation of high silicon -PEDOT:PSS hybrid photovoltaic devices, the device can effectively reduce the series resistance and increase the effect of regulation of shunt resistance, series resistance and shunt resistance on the device performance. By selecting the appropriate size of the silicon substrate and the use of physical cutting method, can make the adjustment to the series resistance and shunt this makes the device resistance, output power can be more effectively, the performance of the device can be improved greatly. This method can significantly improve the Silicone Hybrid Schottky heterojunction solar cell performance.
3. solar silicon metallurgical grade was prepared by a preparation of hybrid Schottky heterojunction devices using low temperature solution method. The metal assisted chemical etching process can partially improve the quality of the wafer surface to the inhibition at the interface of the Shockley - Reed - Holzer (Shockley-Read-Hall, SRH) composite, silicon substrate nano structure can at the same time effectively compensate for silicon thin light absorbing defects, and improve the light absorption ability, improve device performance, and can reduce the dependence on high purity silicon material. The preparation of metallurgical grade silicon solar hybrid Schottky /PEDOT:PSS heterojunction devices, and obtained the highest efficiency of the current 12% metallurgical grade silicon material. Based on.
4. (~14m) thin flexible silicon nano structure surface morphology after simple modification of this subject was prepared for high efficiency up to 9.1% Silicone Hybrid heterojunction solar cell. In order to compensate the ultra-thin silicon substrate induced on the optical absorption of the shortcoming of this topic by metal assisted chemical etching method in thin flexible substrate preparation the silicon nanowire structure, compared with the planar silicon, its light absorption capacity is increased by about 1.6 times. The preparation of ultra-thin high efficiency flexible silicon nano structure organic inorganic heterojunction solar cell based on.
5. by adding a hole blocking layer of ZnMgO nanocrystalline thin films, high efficiency up to 13.6% were prepared by low temperature solution method of silicon /PEDOT:PSS organic-inorganic hybrid heterojunction solar cell. This topic by adding a hole blocking layer of ZnMgO nanocrystalline films, effective hole blocking layer is formed on the silicon substrate back spin coating, not only prevents the hole to the cathode diffusion, but also improve the metal back electrode and the silicon substrate in direct contact with the carrier compound caused the problem, suppress the charge recombination at the interface of the loss, improving the transmission capacity of the charge and the efficiency of the device.

【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM914.4

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