【摘 要】
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随着全球能源危机的加剧,可再生能源的发展及利用引起广泛的关注,其中光伏发电是能满足能源需求的可行方案之一。光伏发电需要太阳电池组件实现能量转换,目前仍以硅太阳电池组件为主,虽然硅太阳电池因其高效率和耐用性而占据市场主导地位,但高昂的制造成本和材料限制了它们的大规模应用,因此降低成本是开发硅太阳电池的关键问题之一。免掺杂硅异质结太阳电池是一种新兴的硅基太阳电池,与传统晶体硅太阳电池相比具有光电性能优
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随着全球能源危机的加剧,可再生能源的发展及利用引起广泛的关注,其中光伏发电是能满足能源需求的可行方案之一。光伏发电需要太阳电池组件实现能量转换,目前仍以硅太阳电池组件为主,虽然硅太阳电池因其高效率和耐用性而占据市场主导地位,但高昂的制造成本和材料限制了它们的大规模应用,因此降低成本是开发硅太阳电池的关键问题之一。免掺杂硅异质结太阳电池是一种新兴的硅基太阳电池,与传统晶体硅太阳电池相比具有光电性能优异和成本低廉等优势。异质结接触界面和空穴传输层是决定免掺杂硅异质结太阳电池性能的两个关键参数,本文以两种免掺杂硅基异质结太阳电池,PEDOT:PSS/Si杂化太阳电池和MoOx/Si隧穿异质结太阳电池,为研究对象,进行了异质结界面接触和空穴传输层的相关研究,主要的研究内容如下:(1)PEDOT:PSS/Si杂化太阳电池异质结界面修饰及性能的研究。硅表面有大量的悬挂键,与杂质元素结合形成表面态或与空穴传输材料接触造成晶格失配,这会损害硅基太阳电池的光电性能。为此,本文利用芳香族红荧烯对硅表面悬挂键进行修饰,实现了硅表面钝化,提升了硅基杂化太阳电池中的结区质量。发现红荧烯与硅表面悬挂键相互作用,使得Si 2p1/2和Si 2p3/2的结合能分别降低了0.2 eV和0.1 eV。通过实验证明了这有效减少了悬挂键的密度,提升了结区质量。另外,红荧烯使空穴传输层PEDOT:PSS薄膜的功函数提升了 0.09eV,增强了硅界面的能带弯曲,促进了载流子的分离。具有红荧烯的PEDOT:PSS/Si杂化太阳电池在实验中获得了 12.59%的转换效率(PCE),相比于无红荧烯的太阳电池提升了 23.92%。(2)MoOx/Si太阳异质结界面接触性能及其太阳电池结构设计的研究。MoOx是一种宽带隙氧化物半导体,其导带位置为5.13 eV,与硅接触形成隧穿异质结,可采用溶液法制备MoOx/Si隧穿异质结太阳电池。本文从半导体电学性质出发,通过模拟技术研究了 MoOx/Si隧穿异质结载流子分离机制,并探究了其界面缺陷浓度和插入层对太阳电池性能的影响。发现热电子流产生的反向电子流动会损坏太阳电池性能,将PEDOT:PSS薄膜作为插入层,可以抑制反向热电子电流,使开路电压(VoC)提升到0.740V。另外,证明了界面复合中心浓度具有促进空穴传输的作用,发现VoC随着界面复合中心浓度的增加而增大,当复合中心浓度为1018 cm(-2)时,达到最佳的转换效率为21.42%。
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