基于硅微纳米结构太阳能电池的制备及性能表征

【摘要】：本论文着眼于基于硅微纳米结构的新型太阳能电池的研究，主要包括硅微纳米结构的制备、硅表面修饰和器件的制备及表征等几个方面。 1.通过简单、经济的湿法刻蚀在硅基底上制备硅微纳米阵列结构，该结构具有较强的陷光性，光的反射率低于5%。利用该结构在构建核壳结构的光伏电池时，可以使光吸收的方向和载流子收集的方向正交化，大大缩短载流子的扩散距离。因此可以使用厚度较薄、纯度较低的硅片实现较高效率的电池，在一定程度上降低电池的制作成本。 2.通过化学方法在硅表面化学键合单分子层的化学修饰层，它可以有效降低硅表面的电荷复合速率，提高表面抗氧化腐蚀性。另外，通过改变硅表面的偶极子的方向和大小，可以调节其表面的能带结构。 3.构建了基于硅孔阵列结构的光电化学太阳能电池，其中电解质采用含有I-/I3-氧化还原电子对的离子液体。由于离子液体不宜挥发，稳定性高，氧化还原窗口宽，电荷传输速率快，基于离子液体的硅纳米结构的电池具有较高的光电转换效率。与平面硅电池相比较，采用硅孔阵列作为光活性层，电池效率从0.53%增加到4.03%。 4.构建了基于硅纳米线阵列的有机-无机杂化异质结太阳能电池，其中有机层采用的是聚3-己基噻吩（P3HT）。在该类结构电池中，有机-无机界面和空穴传输层的性质对电池性能影响很大。通过界面钝化和p型掺杂空穴传输层的优化，使电池的效率从0.43%提高到6.56%。 【关键词】：硅孔 硅纳米线 光电化学太阳能电池 界面修饰 掺杂效应 有机/无机杂化
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-28
• 1.1 引言10-11
• 1.2 不同类型纳米结构太阳能电池11-13
• 1.2.1 染料敏化太阳能电池11
• 1.2.2 量子点太阳能电池11-12
• 1.2.3 一维纳米结构太阳能电池12-13
• 1.3 一维硅纳米阵列结构的特征13-18
• 1.3.1 电学传输性能13-14
• 1.3.2 硅纳米结构的光学性能14-17
• 1.3.3 硅纳米结构的热电性能17
• 1.3.4 硅纳米结构的器件物理17-18
• 1.4 太阳能电池特征18-21
• 1.4.1 电池的主要参数18-20
• 1.4.2 电池的等效电路20-21
• 1.5 本文主要的研究工作21-22
• 1.6 参考文献22-28
• 第二章 硅纳米阵列结构的制备与表征28-44
• 2.1 研究背景28
• 2.2 硅纳米阵列结构的制备方法28-35
• 2.2.1 硅孔阵列的制备方法28-30
• 2.2.2 硅纳米线阵列的制备方法30-32
• 2.2.3 本论文所采用的制备方法32-35
• 2.3 实验材料和设备35-36
• 2.4 刻蚀条件对硅纳米结构的影响36-39
• 2.4.1 刻蚀条件对硅孔阵列的影响36-38
• 2.4.2 刻蚀条件对硅纳米线阵列的影响38-39
• 2.5 本章小结39-40
• 2.6 参考文献40-44
• 第三章 硅纳米结构的表面修饰与表征44-55
• 3.1 研究背景44-47
• 3.2 实验材料和设备47-48
• 3.3 本论文硅表面的修饰方法48-49
• 3.4 硅表面的表征49-51
• 3.4.1 接触角49-50
• 3.4.2 XPS50-51
• 3.5 Si-CH3表面硅片的稳定性51-52
• 3.6 本章小结52
• 3.7 参考文献52-55
• 第四章 基于硅孔阵列的光电化学太阳能电池55-69
• 4.1 研究背景55-58
• 4.2 实验材料和设备58-59
• 4.3 电池的制备59-61
• 4.3.1 电池结构59-60
• 4.3.2 电池制作过程60-61
• 4.4 电池的电学性能表征61-66
• 4.4.1 J-V、EQE 表征61-63
• 4.4.2 EIS 表征63-65
• 4.4.3 电池的稳定性65-66
• 4.5 本章小结66
• 4.6 参考文献66-69
• 第五章 基于硅纳米线阵列的有机/无机杂化异质结太阳能电池69-96
• 5.1 研究背景69-72
• 5.2 实验材料与设备72-73
• 5.3 电池结构和原理73-76
• 5.4 电池的制备76-77
• 5.4.1 有机薄膜层的沉积76-77
• 5.4.2 金属电极的制备77
• 5.5 电池的性能77-92
• 5.5.1 不同硅片结构77-78
• 5.5.2 不同硅表面修饰78-81
• 5.5.3 P3HT 的影响81-92
• 5.6 本章小结92-93
• 5.7 参考文献93-96
• 第六章 总结与展望96-98
• 攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文98-99
• 致谢99-100

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