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石墨烯是一种新型二维晶体材料,其中碳原子是通过sp2杂化方式形成,因其独特的结构拥有优异力学、热学、光学及电学性质,使其非常适合应用于太阳能电池领域。由于石墨烯和硅构建的肖特基结太阳能电池制备工艺简单,有望成为新一代的低成本、高性能的太阳能电池。但是,目前石墨烯/硅太阳能电池的光伏性能较差,且制备方法中的机械剥离法、碳化硅外延法、氧化还原法及化学气相沉积法(CVD)难以实现生产大规模、低成本和高质量的石墨烯。而等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)相较于CVD法制备石墨烯具有低温生长、快速沉积和低能耗等特点。因此,本论文提出采用自主设计等离子体增强化学气相沉积系统实现快速生长高质量的石墨烯纳米墙(GNWs)并将其应用于硅基异质结太阳能电池,并针对目前石墨烯/硅光伏器件所存在的问题进行探究。主要内容如下:(1)采用自主设计的等离子体增强化学气相沉积系统将石墨烯纳米墙直接沉积在平面硅基底上并组装成太阳能电池,不仅简化了器件制备工艺,而且避免了传统转移过程对石墨烯造成的损害。探究不同生长参数(包括甲烷/氩气流量比、放电功率、生长温度和沉积时间)对石墨烯纳米墙/硅太阳能电池的影响,通过拉曼光谱(Raman spectroscopy)、扫描电子显微镜(SEM)、霍尔效应测试及光伏特性测试表征分析得出在甲烷/氩气流量比为10 sccm/40 sccm、放电功率为880 W、生长温度为8500C和沉积时间为120 s制备的石墨烯纳米墙最适合应用于硅基异质结太阳能电池,最终获得了3.36%的光电转换效率。另外,采用发射光谱仪对在硅基底上合成石墨烯纳米墙过程中的等离子体基团进行实时诊断,并结合拉曼光谱和SEM·分析研究石墨烯纳米墙的反应机制。(2)利用表面具有优异陷光结构的硅金字塔和硅倒金字塔作为石墨烯纳米墙/硅太阳能电池的吸收层,解决平面硅高反射性对器件造成大量光损失的问题。根据探究出的最佳石墨烯纳米墙生长条件,采用PECVD法直接在硅金字塔和硅倒金字塔上沉积石墨烯纳米墙并组装成太阳能电池,光电转换效率从3.36%分别提升至3.87%和4.05%。此外,在石墨烯纳米墙/硅倒金字塔光伏器件的基础上,系统研究不同种类化学掺杂及二氧化钛(TiO2)减反层对器件性能的影响。经过实验优化,在HNO3、SOCl2、HC1及H2O2掺杂后的石墨烯纳米墙/硅倒金字塔太阳能电池基础上采用Ti02作为减反层,最终分别获得了 7.20%、6.80%、6.42%和6.34%的光电转换效率。(3)采用自主设计的PECVD系统探究了在铜基上合成石墨烯纳米墙的最佳生长参数,分别是生长温度为850℃、放电功率为880 W、CH4/Ar流量比为10 sccm/40 sccm和沉积时间为60 s。采用湿法转移的方式,成功地将铜基石墨烯纳米墙应用在硅基异质结太阳能电池上,获得了3.20%的光电转换效率。在此基础上,引入一层P3HT层作为器件的界面优化层,P3HT具有理想的能带结构,能够有效地阻挡电子运输,抑制载流子在器件界面复合及增大肖特基势垒。通过调节P3HT层的厚度来优化电池性能,当P3HT层厚度为12 nm时,太阳能电池的性能达到最佳,光电转换效率从3.20%提高到了6.65%,并在优化器件的基础上采用PMMA作为减反层,最终获得了8.26%的光电转换效率,这是基于无化学掺杂,PECVD法制备的石墨烯纳米墙/硅太阳能电池目前达到的最高光电转换效率。在PMMA作用下,还提升了器件稳定性,28天后器件的光电转换效率仍保持原来的66%。