纳米硅基光伏器件制备及性能研究.pdf

纳米硅基光伏器件的制备及性能研究 中文摘要 中文摘要 本论文着眼于低温溶液法制备低成本、高效率新型光伏器件的研究，具体分 为两个部分:一是基于硅纳米线及氧化锌纳米颗粒的高效光电二极管的制备及性 能研究；二是基于纳米级有机薄膜钝化层的高效有机-无机杂化太阳能电池的制备 及性能研究。主要工作包括以下几个方面： 1.通过金属离子辅助溶液刻蚀技术制备硅纳米线阵列以及湿化学方法对硅衬 底进行甲基化处理。硅纳米线阵列可以增加光的吸收，同时少数载流子沿硅纳米 线的径向传输，大大减少了传输距离，有利于载流子的收集，在光电器件领域具 有较大应用前景。甲基化处理可以有效降低硅表面的载流子的复合速率，提高相 应器件的性能。 2. 以硅材料为基底，在低温下旋涂ZnO 纳米颗粒溶液，形成Si/ZnO 异质结光 电二极管。采用硅纳米线阵列替代平面硅作为光吸收层，由于硅线优异的吸光能 力和有效的载流子传输能力，光电二极管的响应率有了很大的提高，从0.34 A/W 提高到0.54 A/W。通过对器件黑暗条件下I-V 曲线的分析，证明了SiNWs/ZnO 核 壳结构光电二极管具有典型的整流效应，且二极管品质因子为1.28。 3.制备了基于纳米级有机薄膜钝化层的高效有机-无机杂化太阳能电池，其中 有机导电层为PEDOT:PSS 。由于甲基化处理不可能完全钝化硅表面，采用室温旋 涂法在硅表面形成不同种类的有机薄膜，可以进一步钝化硅片表面。该方法操作 简单，不需要高温过程，可以有效降低器件的成本。其中基于聚乙烯亚胺钝化层 的电池器件的效率达到了11%。 关键词：硅纳米线阵列；甲基化处理；ZnO 纳米颗粒；光电二极管；有机薄 膜钝化层；有机-无机杂化太阳能电池 作 者：刘 东 指导老师：孙宝全 Ⅰ Photovoltaic diode based on silicon nanostructure Abstract Photovoltaic diode based on silicon nanostructure Abstract The photovoltaic diode based on silicon fabricated by solution and low temperature process have been investigated. This thesis comprises of two parts: 1. Low temperature solution-processed high performance photodiode based on Si–ZnO core–shell structure; 2. An 11%-power-conversion-efficiency organic–inorganic hybrid solar cell achieved by facile organic passivation. The main works include the following aspects. 1. High-density wafer-scale silicon nanowire arrays (SiNWs) were prepared by metal ion-assisted aqueous etching method. Methyl-terminated silicon (CH -Si)