發(fā)布時(shí)間：2021-11-07 16:55

　　近年來(lái),晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率愈加接近理論極限,為了提高光子能量的利用效率,疊層太陽(yáng)能電池的研究受到了越來(lái)越多的關(guān)注。經(jīng)過(guò)幾年的迅速發(fā)展,鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率已經(jīng)躍升至25.2%,被認(rèn)為是與硅太陽(yáng)能電池組成疊層的理想材料。因此,為了能與硅組成疊層太陽(yáng)能電池,需要對(duì)雙面透光的半透明鈣鈦礦太陽(yáng)能電池進(jìn)行研究。本文對(duì)半透明鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的相關(guān)制備工藝和性能優(yōu)化進(jìn)行了研究。通過(guò)對(duì)常溫下ITO薄膜濺射工藝的研究,得到了滿(mǎn)足器件電學(xué)、光學(xué)性能要求的ITO薄膜;使用MoO₃輔助層,成功制備了半透明鈣鈦礦太陽(yáng)能電池;使用無(wú)機(jī)空穴傳輸層CuSCN代替有機(jī)空穴傳輸層,制備了無(wú)輔助層的半透明鈣鈦礦太陽(yáng)能電池;最后為了提高CuSCN基的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池工作穩(wěn)定性,對(duì)CuSCN和電極的界面進(jìn)行了研究,分析了反應(yīng)過(guò)程和對(duì)器件性能的影響機(jī)理。取得的研究成果如下:（1）研究了常溫濺射條件下濺射時(shí)長(zhǎng)對(duì)ITO薄膜方阻的影響,得到了方阻滿(mǎn)足需求的ITO薄膜。研究了濺射電壓對(duì)ITO薄膜電學(xué)性能的影響,對(duì)其優(yōu)化后避免了薄膜載流子不足及O斷鍵過(guò)多的問(wèn)題。研究了濺射氣氛中氧分壓對(duì)ITO薄膜電學(xué)性能的... 

【文章來(lái)源】：浙江大學(xué)浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

(a)各個(gè)國(guó)家的可再生能源投資對(duì)比；(b)近幾十年太陽(yáng)能發(fā)電與傳統(tǒng)能源發(fā)電的價(jià)格成

第一章緒論3吸收剩下的光子，可以有效收集亞帶隙光子和利用光子的能量。這樣的器件中結(jié)構(gòu)最直觀、簡(jiǎn)單的就是疊層太陽(yáng)能電池。晶硅太陽(yáng)能電池電池的禁帶寬度約在1.1eV左右，同時(shí)能夠提供高達(dá)750mV的開(kāi)路電壓，是一種理想的窄禁帶太陽(yáng)能電池[29]。另外，以晶硅電池為基底制備疊層太陽(yáng)能電池，也是出于與現(xiàn)有車(chē)間工藝流程兼容，快速、簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的考慮。而要尋找合適的寬禁帶太陽(yáng)能電池則相對(duì)更加困難。Ⅲ-Ⅴ族吸光層材料由于它的高效率和可調(diào)的禁帶寬度，其與晶硅組成的疊層太陽(yáng)能電池已經(jīng)受到了一些關(guān)注和研究[30]。但這一類(lèi)太陽(yáng)能電池的成本過(guò)高，與目前晶硅電池的市場(chǎng)定位不匹配，難以得到廣泛應(yīng)用。在新的太陽(yáng)能電池不斷涌現(xiàn)的過(guò)程中，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池脫穎而出，被認(rèn)為是最適合與晶硅組成疊層太陽(yáng)能電池的材料之一。首先，其光電轉(zhuǎn)換效率不斷取得突破，現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到了25.2%，同時(shí)國(guó)際上高效率的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的報(bào)道也在迅速增多。此外，鈣鈦礦材料具有優(yōu)異的光電性能，包括高吸光系數(shù)，較弱的亞帶隙吸收以及尖銳的吸收邊[31]。對(duì)于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)，其吸光范圍在大范圍可調(diào)[32]，開(kāi)路電壓損失小[33]，將來(lái)有望實(shí)現(xiàn)低成本、大規(guī)模生產(chǎn)，這些都使其成為了理想的疊層太陽(yáng)能電池組成部分。目前，硅/鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的研究受到了許多國(guó)際知名課題組和企業(yè)的關(guān)注，效率記錄也在幾年間從不足20%上升到了25.2%，有望成為未來(lái)突破晶硅太陽(yáng)電池效率極限的關(guān)鍵。圖1.2美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)計(jì)認(rèn)證的各種電池的最高效率。Figure1.2BestefficienciesofsolarcellscollectedbyNationalRenewableEnergyLaboratory(NREL)[4].

第一章緒論5和隧穿結(jié)[47,48]等。之后，需要進(jìn)一步進(jìn)行鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備。對(duì)于電子傳輸層，常用的做法是使用無(wú)機(jī)氧化物的納米晶進(jìn)行溶液法制備，如TiO2、SnO2等，為了克服硅片表面粗糙度大，兼容大規(guī)模生產(chǎn)等目的，也有使用氣相沉積方法進(jìn)行生長(zhǎng)的選擇。同樣的，鈣鈦礦吸光層和空穴傳輸層也都可以通過(guò)旋涂和氣相沉積的方法進(jìn)行制備，其中空穴傳輸層主要使用spiro-OMeTAD和NiOx納米晶。在制備頂部透明電極之前，需要在空穴傳輸層上蒸鍍一層MoO3復(fù)合層，以滿(mǎn)足能帶匹配的需要，保護(hù)脆弱的有機(jī)傳輸層不被破壞。最后，通過(guò)濺射的方法制備一層透明導(dǎo)電電極，如ITO、IZO等，并通過(guò)蒸鍍金屬柵電極來(lái)減小橫向傳輸?shù)碾娮�。圖1.3硅/鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖：(a)四端疊層太陽(yáng)能電池；(b)兩端疊層太陽(yáng)能電池。Figure1.3Schematicsoftandemsilicon/perovskitearchitectures:(a)four-terminalmechanicallystacked;(b)two-terminalmonolithicallyintegrated[49].1.2.2性能優(yōu)化相對(duì)于43%的理論效率極限[50]，目前的疊層太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率仍有較大的提升空間。理想狀況下，高能量的光子應(yīng)被疊層的頂部電池所吸收，而由底部電池吸收剩下的光子。實(shí)際上，來(lái)自透明電極、載流子傳輸層、復(fù)合層的寄生吸收會(huì)顯著影響電池的性能。同時(shí)，反射損失、鈣鈦礦材料的能帶和厚度不匹配等都將降低疊層電池的性能。在鈣鈦礦電池部分的制備過(guò)程中，還需要考慮工藝過(guò)程中退火溫度的問(wèn)題。對(duì)于HIT電池來(lái)說(shuō)，能夠耐受的最高溫度約在200℃左右。而常用的電子傳輸


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