基于硅-PEDOT-PSS的雜化光伏電池中背接觸的研究.pdf

1、本論文主要研究了硅襯底的表面形貌、硅的背接觸對有機/硅（Si）雜化光伏器件光伏性能的影響。為獲得基于晶體Si的高效率太陽能電池，通常采用高溫摻雜的方法來減少串聯(lián)電阻的損失、形成背場。然而，高達1000℃的高溫以及此過程中需要用到有危險的摻雜氣體等原因，導致高溫摻雜方法不適用于雜化的有機/硅太陽能電池。我們通過對硅表面納米結構形貌的可控制備及器件背接觸的改善，在相對較低的溫度下制備了高效率的基于 Si/3,4二氧乙烯噻吩：聚苯乙烯磺酸（P

2、EDOT:PSS）的雜化光伏器件。通過電流-電壓測試、電容-電壓測試、掃描開爾文探針顯微鏡、紫外光電子能譜、瞬態(tài)光電壓測試和外量子效率測試等分析測試手段，深入研究了改善Si基底和鋁（Al）背電極之間接觸的物理機理。對器件的工作原理以及背接觸對器件光電性能的影響進行了系統(tǒng)的分析和表征。主要工作包括：
　　1.制備了由短硅納米線和類金字塔絨面結構組成的新型三維硅納米結構，該納米結構的反射率維持在10％以下。該納米結構的表面缺陷態(tài)比長的

3、硅納米線陣列少；反射率比類金字塔絨面結構低，以該新型三維硅納米結構為基底制備的器件獲得了9.03%的光電轉(zhuǎn)換效率，高于以硅納米線陣列以及類金字塔絨面結構為基底的器件效率。
　　2.在基于Si/PEDOT:PSS雜化器件的Si基底和Al背電極之間插入一薄層氟化鋰（LiF）后，獲得了光電轉(zhuǎn)換效率為11.09%的太陽能電池。LiF層的插入，改善了Si和Al之間的接觸，使接觸電阻從5.4×10-1Ωcm2降到到2.6×10-2Ωcm2。提

4、高了Al電極對電子的收集能力，并降低了電荷復合。與參比器件相比（Si基底和Al背電極直接接觸），器件的開路電壓、短路電流密度、填充因子和光電轉(zhuǎn)換效率都得到了提高。
　　3.研究背接觸對基于Si/PEDOT:PSS的雜化器件光伏性能的影響，在Si基底和Al背電極之間插入寬帶隙有機半導體材料——8-羥基喹啉-鋰（Liq），發(fā)現(xiàn)由于背接觸改善、電荷復合降低，雜化太陽能電池的肖特基勢壘高度以及內(nèi)建電勢都得到了提高。由于Liq和Al的化學反

5、應，在背界面產(chǎn)生一個負的表面偶極子層，該層有利于電子收集，同時還對空穴起到了阻礙作用。由此獲得了高達0.609 V的開路電壓，該值可以和基于p-n結的硅光伏器件的開路電壓相比擬。當Liq層厚度達到最優(yōu)值~2 nm時，獲得了高達12.2%的光電轉(zhuǎn)換效率，與參比器件（Si基底和Al背電極直接接觸）9.4%的轉(zhuǎn)換效率相比，有29.5%的提高。
　　4.我們通過低溫下（低于150℃）溶液加工過程，在Si基底和Al背電極之間插入一層碳酸銫（