论文部分内容阅读
石墨烯/硅（Gr/Si）太阳能电池因其结构简单、制备工艺简便、不需经过常规高温扩散以及柔性器件特有的耗材少、质轻、便携、应用更广泛等优势而备受关注。然而柔性石墨烯/超薄硅太阳能电池制备工艺复杂、设备昂贵、且未能获得稳定的高转换效率致使其大规模应用受到阻碍。目前主要存在硅基超薄化工艺不成熟,超薄平面硅基对光吸收率低,现有制备工艺不匹配柔性电池制备等问题。针对硅基超薄化工艺不成熟,超薄平面硅基对光吸收率低的问题,本文提出Si-Cu（NO3）2-H2O2-HF金属铜辅助刻蚀代替传统KOH碱性刻蚀,对硅基进行减薄-制绒处理;针对现有制备工艺不匹配柔性电池制备的问题,本文提出对新型柔性石墨烯/硅倒金字塔太阳能电池结构及其制备工艺进行研究。本文利用扫描电子显微镜、紫外分光光度计、少子寿命测试仪分别对Si-Cu（NO3）2-H2O2-HF刻蚀对单晶硅形貌、刻蚀速率光反射率和少子寿命进行了表征。利用太阳能电池I-V测试系统对新型柔性石墨烯/硅倒金字塔太阳能电池光电性能进行表征,研究了该结构对石墨烯/硅太阳能电池性能的影响。进而利用溶胶凝胶法制备二氧化钛薄膜,并用太阳能电池I-V测试系统对新型柔性二氧化钛/石墨烯/硅倒金字塔太阳能电池光电性能进行表征,探究了二氧化钛薄膜对新型柔性石墨烯/硅倒金字塔太阳能电池光电性能的影响。此外,利用磁控溅射设备制备了厚度为14 nm的氧化钨薄膜,并分别用原子力显微镜、场发射扫描电镜协同二次质谱仪对其形貌、厚度进行表征,并用太阳能电池I-V测试系统对新型柔性石墨烯/氧化钨薄膜/硅倒金字塔太阳能电池光电性能进行表征,研究了氧化钨薄膜对新型柔性石墨烯/硅倒金字塔太阳能电池的影响。主要的研究内容和结论如下:（1）相较于KOH碱性刻蚀,Si-Cu（NO3）2-H2O2-HF刻蚀大大缩短了减薄时间,节约了成本,其对晶硅的减薄速率是碱刻蚀速率的12.2倍。此外,在减薄的同时对晶硅表面进行了纳米织化修饰,提升了对光线的吸收率,对光的反射率仅为10%。（2）新型柔性石墨烯/硅倒金字塔太阳能电池制备工艺简单,室温下即可完成制备。太阳能电池I-V测试系统测试结果显示,各项光电性能参数除了短路电流密度(Jsc)有所提升外都有不同程度的下降。分析原因可能是尽管纳米结构的引入提升了太阳电池对光的捕获能力,提升了光线利用率,但随着纳米结构引入的大量不饱和悬挂键使得界面缺陷大幅度增加,增加了电池的反向饱和电流,载流子复合严重。（3）氧化钨（WO3）薄膜的引入导致石墨烯/硅的表面能带发生弯曲,阻挡电子从硅基向石墨烯的转移却不会影响空穴的转移,有效地阻止载流子复合,降低反向暗饱和电流,提升太阳能电池的光电性能,将工作面积为17mm2的新型柔性石墨烯/硅倒金字塔太阳能电池的光电转换效率从1.24%提升到了2.8%。此外,二氧化钛（TiO2）薄膜的引入显著地增加了光线的吸收率,进而导致开路电压、填充因子、短路电流密度等一系列太阳能电池的性能参数都有不同程度的提升,在无化学掺杂的条件下新型柔性石墨烯/硅倒金字塔太阳能电池的光电转换效率提升到了4.3%。