【摘要】：溶液法加工的碲化鎘(CdTe)納米晶太陽能電池由于制備工藝簡單、成本低廉、性能穩(wěn)定,引起了研究人員的高度關(guān)注并取得很大的研究進(jìn)展。CdTe屬于直接帶隙半導(dǎo)體,禁帶寬度為1.45 eV,具有很高的光吸收系數(shù),是理想的太陽能電池材料。當(dāng)前,隨著器件工藝的改善以及結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計,CdTe納米晶太陽電池的能量轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到10%以上,但是與傳統(tǒng)的近空間升華法制備的CdTe太陽能電池相比(通常在14%~17%之間,最高可達(dá)22%)仍然有一定的距離。其中,當(dāng)前納米晶電池的開路電壓過低(通常小于0.7 V)以及短路電流偏小(小于20 mA/cm~2),這些都需要進(jìn)一步的提升。從器件的角度來說,造成這些問題的主要原因在于碲化鎘表面的處理工藝不好以及器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計有待改進(jìn)。本論文主要從CdTe界面調(diào)控出發(fā),改善載流子的分離和收集效率,最終獲得高轉(zhuǎn)換效率的納米晶太陽電池。論文的主要工作如下:1.首次引入具有高功函數(shù)的交聯(lián)共軛聚合物——硅三苯胺(Si-TPA),作為空穴傳輸層,實現(xiàn)了載流子的高效分離和收集。所制備倒置結(jié)構(gòu)的CdTe納米晶電池(ITO/ZnO/CdSe/CdTe/Si-TPA/Au),經(jīng)優(yōu)化后,獲得器件的短路電流為23.38mA/cm~2,開路電壓是0.66 V,填充因子是54.05%,相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到8.34%,該效率是文獻(xiàn)報導(dǎo)的具有倒置結(jié)構(gòu)的CdTe納米晶太陽電池的最好水平。同時,我們將Si-TPA應(yīng)用到另一種結(jié)構(gòu)的納米晶太陽電池(ITO/ZnO/CdS/CdTe/Si-TPA/Au),也取得了7.28%的高效率,明顯高于不采用任何空穴傳輸層(~5%)或者其它空穴傳輸層的器件(4%);2.我們首次開發(fā)了一種酸性氣相表面刻蝕工藝,用于CdTe表面的刻蝕,成功實現(xiàn)了CdTe表面富碲層的制備,降低了碲化鎘和金屬接觸的肖特基勢壘。研究發(fā)現(xiàn),我們使用的這種酸性氣相刻蝕工藝具有廣泛的適應(yīng)性,無論采用溴甲醇溶液(BM)還是硝酸乙酸混合溶液(NA)均獲得很好的效果。其中用NA刻蝕所制備的器件效率達(dá)到8.67%,而BM刻蝕的效率也達(dá)到8.38%,明顯高于不采用任何刻蝕工藝的對比器件(~6%)。值得注意的是,經(jīng)過刻蝕后制備的CdTe納米晶電池具有很高的穩(wěn)定性。在室溫且開放環(huán)境下放置1個月以上,幾乎沒有發(fā)生衰減,為進(jìn)一步實現(xiàn)此類器件的商業(yè)化應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。
【圖文】：

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文太陽光照射在 pn 結(jié)太陽能電池上并到達(dá)半導(dǎo)體材料，當(dāng)入射的光子能量(hv)大于活層材料的禁帶寬度(Eg)時,得到足夠能量的電子將會從半導(dǎo)體材料的價帶躍遷到導(dǎo)帶，在價帶上產(chǎn)生空穴，導(dǎo)帶上產(chǎn)生自由電子，形成電子空穴對。如果電子空穴對移動 pn 結(jié)內(nèi)建電場處,在電場力的作用下使得產(chǎn)生的電子-空穴對發(fā)生分離，內(nèi)建電場方向 n 型半導(dǎo)體指向 p 型半導(dǎo)體，所以導(dǎo)致帶負(fù)電的載流子（電子）向 n 型半導(dǎo)體方向漂,帶正電的載流子（空穴）向 p 型半導(dǎo)體方向移動。如圖 1-1 b)，空穴被電極的陽極收，而電子被陰極收集。當(dāng)太陽能電池外接負(fù)載時，外電路有電流輸出，以上就是太陽池的光生伏特效應(yīng)的主要內(nèi)容。

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文FF 指的是填充因子定義的是太陽能電池最大輸出電壓×最大輸出電流與開路電壓×路電流的比值，F(xiàn)F 體現(xiàn)的是太陽能電池最大功率的輸出參數(shù)，F(xiàn)F 主要由太陽能電池串聯(lián)電阻(RS)與并聯(lián)電阻(RSH)決定。串聯(lián)電阻越小，并聯(lián)電阻越大，則填充因子越大現(xiàn)了太陽能電池整體性能的品質(zhì)。其中，RS與 RSH與材料的缺陷，雜質(zhì)，載流子濃度面電阻等有關(guān)。也就是說，半導(dǎo)體材料薄膜質(zhì)量越高且元器件的結(jié)構(gòu)越合理，則 RS小且 RSH越大，得到的 FF 便越高，，但始終小于 1。圖 1-2 是考慮電池內(nèi)部的串聯(lián)和并電阻后，太陽能電池的等效電路圖。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM914.4

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4 李s

本文編號：2657729