近年来,由于传统的化石燃料存在着不可持续与污染环境等问题,使得太阳能电池越来越受到产业界与学界的关注。对于太阳能电池来说,最重要的发展目标即在低成本下实现高的光电转换效率。单晶硅电池因其较高的转换效率,每瓦单价与多晶硅相当,目前占据着光伏市场49%的份额。然而传统的晶硅电池需要热扩散、注入掺杂等高能耗的半导体工艺。如果单晶硅与有机半导体构建杂化电池,既保持了单晶硅优良的光电性质,同时结合了有机半导体简易廉价的制备方法,成为了光伏领域一个热门的研究方向。本文主要围绕Si与导电聚合物poly(3,4-ethylenedioxythiophene):polystyrenesulfonate(PEDOT:PSS)复合的太阳能电池性能优化,实际运用探索等方面展开研究,取得的成果和创新如下:1.系统地研究了单晶Si/PEDOT:PSS杂化电池,优化了电池结构:结合表面电极相关的电池功率损耗机制,首次优化设计了杂化电池的表面栅电极;研究了PEDOT:PSS的二次掺杂对电池性能影响,优化了共溶剂的配比;研究了金属辅助腐蚀Si纳米柱技术,结合光反射谱与光伏特性测试等分析Si纳米线长度对电池性能的影响,发现最优长度为1μm,进一步地优化了电池效率;研究了 Si纳米柱/PEDOT:PSS界面对电池性能的影响,引进超薄钝化层;优化后单晶Si NWs/PEDOT:PSS杂化电池效率为12.4%。2.使用了 Ag纳米线网格替代传统的栅线电极作SiNWs/PEDOT:PSS表面电极,在透光性,减小载流子横向输运距离、降低电阻损耗等方面明显改善:增大上电极透光率增加使得电池短路电流由32.0mA/cm2增大至34.6mA/cm2,横向电阻减少使得填充因子由54.3%增加至56.7%,电池效率由9.4%增加至10.4%。证实了 Ag纳米线网格相比于传统的栅线电极,在增加透光性,减小载流子横向输运距离降低电阻损耗等方面还是具有优势,有利于制备高效率Si/PEDOT:PSS杂化太阳能电池。3.首次提出并成功研制了由Si/PEDOT:PSS电池与石墨烯超级电容器构成的一体化自充电的电源组。电化学测试展示出了该电源组极佳的倍率特性,在扫速高达1500mv/s时CV曲线仍呈现良好的对称性,是目前同类报道中的最好结果。一体化电源组在AM1.5G光照下的电能转化储存总效率为2.92%。同时,我们还验证了电源组在室内光照下的自充电特性证实了基于Si/PEDOT:PSS与石墨烯超级电容器的一体化电源组在实际生活中潜在的应用价值。4.利用腐蚀减薄技术制备出了柔性可弯曲的单晶Si/PEDOT:PSS杂化电池,探索了电池光伏特性与电池柔性的关系;制备了可弯曲的氢化非晶Si/PEDOT:PSS杂化电池,效率为1.4%;此外,我们提出了两套低成本制备柔性杂化电池的方案:利用嵌套了 Si纳米线聚合物薄膜以及喷墨打印Si纳米线网格制备柔性电池,并取得了初步的研究进展。5.制备了 Ge/PEDOT:PSS杂化电池,并验证了其光电转换性能。以Ge/Al接触为例研究了电池有源层与背电极的接触问题。成功利用超薄非晶插层调节了界面势垒,获得良好的欧姆接触,对杂化电池在降低接触电阻损耗问题上具有重要的指导意义。