伴随着经济的快速发展、科技的日益进步以及人们生活方式的改变,传统的能源结构已经不能满足人类对能源日益增长的亟切需求,发展可再生的洁净能源必将成为人类社会实现可持续发展的必然选择。太阳能电池因其环境友好等特点成为解决能源短缺的一个很好的选择,自上世纪八十年代以来一直是国内外研究的热点。然而,无机太阳能电池制备成本高、工艺复杂,而有机太阳能电池效率低、稳定性差的等缺点限制了它们的进一步发展和普及。有机/无机杂化太阳能电池,尤其是由聚(3,4-亚乙基二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT:PSS)和单晶n型硅组成的杂化太阳能电池,因其兼具无机太阳能电池高效率和有机太阳能低成本的优势,近几年来得到了海内外研究者的广泛关注。组成有机/无机杂化电池的PEDOT:PSS是由疏水导电的PEDOT和亲水绝缘的PSS通过离子化学键结合而成的导电聚合物,它具有高透明度,高柔韧性、优异的热稳定性以及简单的加工工艺等优点,是最具潜力的电池材料之一。然而,绝缘的PSS会导致PEDOT:PSS薄膜的导电性和稳定性变差,从而使得制备的有机/无机杂化电池的转换效率降低。人们如果通过合适的方法提高PEDOT:PSS薄膜的导电性,改变PEDOT和PSS的排布方式,可以有效地解决器件的电荷收集效率低下的问题,进而提高c-Si/PEDOT:PSS杂化太阳能电池的转换效率,并改善其稳定性。基于以上考虑,本论文尝试采用不同浓度的极性溶剂乙二醇以及导电石墨烯作为掺杂剂,改变PEDOT和PSS的分布方式,改善其载流子收集效率,进而改善器件的光伏特性。具体研究内容和结果如下:1.我们系统地研究了不同浓度的乙二醇(EG)掺杂的PEDOT:PSS薄膜的特性和经过EG修饰的c-Si/PEDOT:PSS杂化太阳能电池的性能。实验结果表明,当EG的浓度为7 wt%时,c-Si/PEDOT:PSS杂化太阳能电池的转换效率为9.35%,短路电流密度JSC为27.28 mAcm-2,开路电压VOC为558 mV和填充因子FF为0.609。相比没有添加EG制备的电池转换效率有显著的提高。通过测试PEDOT:PSS薄膜的Raman光谱和方块电阻发现EG的掺杂导致PEDOT链的重组,使得PEDOT链的电子结构由线圈状的苯型结构重新组合成线性或拓展的醌型结构,优化后的结构更有利于载流子的传输,进而提高了薄膜的导电率。同时发现EG的添加对PEDOT:PSS薄膜的厚度和透过率也有影响。而且,我们将7wt%EG掺杂的PEDOT:PSS旋涂在经过处理的Si表面制备c-Si/PEDOT:PSS杂化太阳能电池,制备的电池具有良好的光伏特性。此外,我们将两个制备的电池串联起来,在标准光照的条件下点亮了一个红色LED小灯泡,显示出cSi/PEDOT:PSS杂化太阳能电池良好的应用前景。2.我们系统地研究了不同含量的还原氧化石墨烯(rGO)和7 wt%的乙二醇(EG)作为共溶剂对PEDOT:PSS薄膜光电性能和制备的c-Si/PEDOT:PSS杂化太阳能电池性能的影响。实验结果结果表明,当2 mg/ml rGO掺杂到PEDOT:PSS薄膜中时,薄膜的电导率提高了35%,制备出的c-Si/PEDOT:PSS杂化太阳能电池的效率高达11.95%,并且器件的短路电流密度JSC为31.94 mAcm-2,开路电压VOC为579 mV和填充因子FF为0.648。Raman光谱、方块电阻和外量子效率数据表明rGO和PEDOT之间的π-π键相互作用不仅为空穴传输层中的电荷提供了额外传输途径,而且抑制了界面处的电子复合,使得器件的载流子迁移率明显提高,进而增加了载流子收集效率。此外,rGO的加入降低了PEDOT:PSS薄膜的局部反射率,从而进一步提高了电池的性能。然而,当过量的rGO添加到PEDOT:PSS薄膜中时,会在PEDOT:PSS薄膜的内部引起多余的缺陷,导致载流子的收集效率降低,从而使得器件的性能降低。