随着全球变暖、大气污染的不断加剧,新型绿色能源正在逐步代替传统的化石能源。太阳能是新能源的重要组成部分,未来的发展潜力巨大。但受制于太阳能电池器件较高的生产和使用成本,太阳能发电还不是当前能源市场的主流。因此,进一步提高电池的转换效率并降低太阳能电池的成本便成为了太阳能电池研究领域的核心。本文主要探究了硅/石墨烯异质结器件在光伏电池领域中的应用。硅/石墨烯异质结利用了石墨烯高电导率、高透过率的特点代替传统电池中的金属电极从而降低了因金属电极遮蔽而引起的光学损失。同时,硅/石墨烯异质结通过室温溶液法制备,工艺流程简单高效,从而有效地降低了硅基电池的加工成本。本文从以下两方面着手改进硅/石墨烯异质结电池:(1)提高硅/石墨烯电池的效率(2)在电池器件中加入色彩、图形等元素来得到功能化的硅/石墨烯电池器件,主要内容如下:一、常见的硅/石墨烯异质结电池通过转移柔性聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)支撑的石墨烯来构成硅/石墨烯异质结,转移完成后须去除PMMA转移层。而本文同时利用厚度适当的PMMA作为硅/石墨烯异质结电池的减反射层,将透明电极石墨烯和减反层PMMA 一步转移至硅表面形成PMMA减反的硅/石墨烯异质结电池。该一步转移法在有效减少了工艺步骤的同时增强了硅电池的光吸收。另外,由于不再需要去除PMMA,也显著降低了对石墨烯的损伤,得到了光吸收和电荷输运效率都很高的硅/石墨烯异质结电池。二、在常见的硅/石墨烯异质结电池中,由于硅表面缺陷的存在会导致载流子产生强烈的表面复合。本文通过使用在n型硅表面沉积Mo03薄膜来诱导n型硅表面形成p型反型层的方法来构建硅的表面同质结。表面同质结能在促进光生载流子分离的同时降低电子-空穴对到达硅表面的几率从而有效地降低了表面复合速率。另外,我们通过在位紫外光电子能谱、开尔文探针、少子寿命测试、半导体电荷转移仿真等方法来验证表面结p-n结的存在。最终,通过该方法,我们将硅/石墨烯异质结电池的转换效率提高到12.4%。三、与传统硅电池一样,高效率硅/石墨烯电池在合理的减反层厚度下呈现出蓝色或紫色。若改变减反层厚度也可以得到其他颜色,但是会导致非常高的光能损失从而导致器件效率的下降。另外,由单层减反层制备的彩色太阳能电池还会存在色彩饱和度低的问题。本文通过在硅/石墨烯上连续沉积ZnS和MgF2双层薄膜来实现低光能损失的、颜色可调的、高色彩饱和度的硅/石墨烯异质结太阳能电池。利用双层膜能有效地提高彩色太阳能电池的色彩饱和度和转换效率。同时,ZnS/MgF2双层薄膜也可以作为高效的双层减反层来降低硅/石墨烯异质结电池的反射率,减反优化的器件效率高达14.6%。而高效率的多彩太阳能电池在今后的分布式光伏中可能具有非常大的应用前景。四、多彩太阳能电池通过色相的改变实现了在太阳能电池上构建简单图形的能力。但是彩色太阳能电池还无法实现硅电池上复杂图形的绘制。对于在硅电池上实现复杂的灰度图形,需要以像素为基本单位改变微区的反射率(明度)。本文利用了碱刻蚀的方法来构建不同尺寸的硅倒金字塔微米结构阵列实现了对微区反射率精确控制,从而在硅电池上雕刻出了复杂的灰度图片。硅倒金字塔微米结构还能有效地提高电池的光吸收效率从而提高太阳能电池器件的光能利用率。此外,通过结合硅倒金字塔阵列和减反膜,我们还实现了不同色彩的明度的变化,从而在硅电池上得到了彩色的复杂图案。最后,本文还描述了利用激光烧蚀代替原本需要光刻-反应离子刻蚀的复杂的加工图形的方法,它能有效地提升图案化硅片的生产速率,具有较高的实际应用的价值。