纳米硅基光伏器件的制备及性能研究

【摘要】：本论文着眼于低温溶液法制备低成本、高效率新型光伏器件的研究，具体分为两个部分:一是基于硅纳米线及氧化锌纳米颗粒的高效光电二极管的制备及性能研究；二是基于纳米级有机薄膜钝化层的高效有机-无机杂化太阳能电池的制备及性能研究。主要工作包括以下几个方面： 1.通过金属离子辅助溶液刻蚀技术制备硅纳米线阵列以及湿化学方法对硅衬底进行甲基化处理。硅纳米线阵列可以增加光的吸收，同时少数载流子沿硅纳米线的径向传输，大大减少了传输距离，有利于载流子的收集，在光电器件领域具有较大应用前景。甲基化处理可以有效降低硅表面的载流子的复合速率，提高相应器件的性能。 2.以硅材料为基底，在低温下旋涂ZnO纳米颗粒溶液，形成Si/ZnO异质结光电二极管。采用硅纳米线阵列替代平面硅作为光吸收层，由于硅线优异的吸光能力和有效的载流子传输能力，光电二极管的响应率有了很大的提高，从0.34A/W提高到0.54A/W。通过对器件黑暗条件下I-V曲线的分析，证明了SiNWs/ZnO核壳结构光电二极管具有典型的整流效应，且二极管品质因子为1.28。 3.制备了基于纳米级有机薄膜钝化层的高效有机-无机杂化太阳能电池，其中有机导电层为PEDOT:PSS。由于甲基化处理不可能完全钝化硅表面，采用室温旋涂法在硅表面形成不同种类的有机薄膜，可以进一步钝化硅片表面。该方法操作简单，不需要高温过程，可以有效降低器件的成本。其中基于聚乙烯亚胺钝化层的电池器件的效率达到了11%。 【关键词】：硅纳米线阵列 甲基化处理 ZnO纳米颗粒 光电二极管 有机薄膜钝化层 有机-无机杂化太阳能电池
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TB383.1;TM914.4
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-33
• 1.1 引言9
• 1.2 光电探测器9-15
• 1.2.1 光电二极管的工作原理9-10
• 1.2.2 光电二极管的参数10-11
• 1.2.3 Si/ZnO 异质结光电二极管的发展11-15
• 1.3 太阳能电池15-26
• 1.3.1 太阳能电池的分类15-24
• 1.3.2 太阳能电池性能的主要参数24-26
• 1.4 本文主要的研究工作26
• 1.5 参考文献26-33
• 第二章 硅纳米线阵列结构的制备及表面修饰33-46
• 2.1 引言33-36
• 2.1.1 硅纳米线阵列结构的制备方法34-36
• 2.1.2 硅纳米线阵列结构的表面修饰方法36
• 2.2 实验材料和设备36-38
• 2.3 本论文硅纳米线阵列制备所采用的方法38-40
• 2.4 本论文硅纳米线阵列表面修饰所采用的方法40-41
• 2.5 本章小结41-42
• 2.6 参考文献42-46
• 第三章 基于 SiNWs/ZnO 的高效光电二极管的研究46-62
• 3.1 引言46-47
• 3.2 实验材料与设备47-48
• 3.2.1 实验材料47-48
• 3.2.2 实验仪器48
• 3.3 器件的制备与测量48-50
• 3.3.1 器件的制备48-50
• 3.3.2 器件的测量50
• 3.4 结果与讨论50-59
• 3.4.1 器件结构50-52
• 3.4.2 上、下电极对 Si/ZnO 光电二极管器件的影响52
• 3.4.3 Si/ZnO 光电二极管器件的机理解释52-54
• 3.4.4 ZnO 纳米颗粒悬浮液的浓度对 Si/ZnO 器件性能的影响54-55
• 3.4.5 不同器件结构对 Si/ZnO 光电二极管响应率的影响55-57
• 3.4.6 Si/ZnO 光电器件的 I-V 分析以及 C-V 分析57-59
• 3.5 本章小结59
• 3.6 参考文献59-62
• 第四章 基于纳米级有机钝化层的杂化太阳能电池62-83
• 4.1 引言62-63
• 4.2 实验材料与设备63-64
• 4.2.1 实验材料63-64
• 4.2.2 实验仪器64
• 4.3 器件的制备与测量64-66
• 4.3.1 器件的制备64-66
• 4.3.2 器件测量66
• 4.4 结果与讨论66-78
• 4.4.1 不同种类有机薄膜钝化层对器件性能的影响66-71
• 4.4.2 不同种类薄膜钝化层的表面张力的比较71-72
• 4.4.3 不同种类薄膜钝化层上 PEDOT:PSS 导电薄膜形貌比较72-73
• 4.4.4 基于不同有机钝化层的杂化太阳能电池的暗电流-电压曲线的分析73-75
• 4.4.5 不同种类薄膜钝化层的杂化太阳能电池的瞬态电压、瞬态电流分析75-78
• 4.5 小结78-79
• 4.6 参考文献79-83
• 第五章 总结与展望83-85
• 攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文85-86
• 致谢86-87

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