有机-无机杂化太阳能电池中的界面问题研究-动力工程专业论文.docx

ClassifiedIndex：TM914．4U．D．C：620ThesisfortheMasterDegreeStudyontheInterfaceProblemofOrganic-·InorganicHybridSolarCellsCandidate：FuPengfeiSupervisor：Prof．LiMeichengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialityfield：Power EngineeringSchool：SchoolofRenewableEnergyDateofDefe!nce：March．2016Degree-Conferring-Institution：NorthChinaElectricPowerUniversity万方数据华北电力大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《有机一无机杂化太阳能电池中的界面问题研究》，是本人在导师指导下，在华北电力大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除己注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：彳寸l研鸟飞日期：纠‘年弓月／z目华北电力大学硕士学位论文使用授权书《有机一无机杂化太阳能电池中的界面问题研究》系本人在华北电力大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归华北电力大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解华北电力大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，学校可以为存在馆际合作关系的兄弟高校用户提供文献传递服务和交换服务。本人授权华北电力大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于(请在以上相应方框内打“√”)：必威体育官网网址口，在年解密后适用本授权书不必威体育官网网址口／V作者签名：彳寸姗为飞日期：7D／6年多月／z日导师签名：弘嘎日期：二坳／6年弓月，2日万方数据华北电力大学硕jj学位论文摘要随着全球化石能源的不断减少和环境问题的日益严重，太阳能作为一种洁净的可再生能源引起了人们越来越多的关注。而太阳能电池能够通过光电效应将太阳光能直接转化成电能，是一种理想的太阳能利用方式。有机．无机杂化太阳能电池作为一种新型的光伏电池，融合了有机材料和无机材料的特点，有望成为一种低价、高效且具备柔性特征的光伏电池。但是，现阶段这种杂化电池的光电转换效率还比较低，界面问题是制约其效率的主要原因之一：硅材料和有机聚合物材料性质的差异致使两相界面接触不佳；晶硅表面往往存在大量的悬挂键而引起载流子的严重复合。这些界面问题将导致光生载流子在有机一无机界面处不能进行有效的分离。因此，研究并改善界面特性对于提高有机．无机杂化电池的性能，促进杂化电池的工业生产和商业应用具有非常重要的意义。基于此，我们首先用氢氧化钾化学刻蚀法制备了超薄的柔性硅片，并分别以525pm厚硅片和18¨m柔性薄硅片为基底，以共轭导电聚合物PEDOT：PSS为有机空穴传输层，制备了平板型单晶硅／PEDOT：PSS有机一无机杂化异质结电池。然后我们主要从优化单晶硅／PEDOT：PSS的界面接触和实现单晶硅表面的有效钝化两个方面研究了这种杂化电池的界面问题。主要研究工作如下：研究了界面接触对杂化电池器件性能的影响并对其进行优化。通过在PEDOT：PSS溶液中掺入全氟表面活性剂FSH使单晶硅与PEDOT：PSS的界面接触角降低了近60％，极大地改善了PEDOT：PSS溶液在硅表面的浸润性；同时通过调控PEDOT：PSS混合溶液的旋涂转速，得到转速为3000ffmin时PEDOT：PSS薄膜在单晶硅表面的成膜质量最佳，杂化电池的性能最佳；此外，利用原子力显微镜扫描减薄前后单晶硅片的表面形貌，我们发现薄硅片的表面均方根(RMS)粗糙度是厚硅片的10倍左右，这使得薄硅片表面与PEDOT：PSS薄膜的接触面积大幅提高，更有利于载流子在界面处分离，界面接触电阻有效降低，因此基于薄硅制备的杂化电池串联电阻更低，填充因子更高，测量的短路电流密度与理论极限电流密度之比更大。对比了自然氧化(NO)钝化、氢氟酸(HF)钝化和本征非晶硅(ia．Si)钝化三种方法对单晶硅表面的钝化效果及其对杂化电池性能的影响。通过少子寿命测试得到不同钝化方法处理的单晶硅表面少子寿命，并计算出对应的少子表面复合速率。复合速率越低说明钝化效果越好，其制备的杂化电池具有更高的短路电流密度。通过调控自然氧化时间或者非晶硅沉积温度得到最佳的自然氧化时间为万方数据华北I乜刀人学坝二匕学位论义12h，最佳