杂化太阳能电池中的异质结设计及制备

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与化石燃料等其他非再生能源不同,太阳能在世界各个地方都可以获得,是一种无限的可再生能源。因此,太阳能电池技术是未来极具前景的能源技术研究方向之一。太阳能电池器件的制造成本比大多数能源发电设备的制造成本要低,而且能源的发电成本也很低。因为太阳能是不需要消耗地球上的资源,而且很容易获得。而且,用于制造太阳能电池的主要材料硅也是地球上非常丰富的资源。最重要的是,太阳能对自然环境没有任何的污染。此外,任何气候变化也不会对该能源的产生造成影响,因为太阳能是由太阳向地球表面传递的。事实上,它也有助于消除由化石燃料消耗直接引起的环境污染等问题。在对光伏设备进行研究时,我们受到启发,并做了一些大量的工作来提高太阳能电池的性能。首先我们从文献中寻找最好的太阳能电池方案(平面硅结构太阳能电池和随机金字塔硅结构太阳能电池)并对其光电特性进行建模;随后通过实验并制备Planar-Si/PEDOT:PSS和RP-Si/PEDOT:PSS混合异质结太阳能电池。我们研究了异质结混合太阳能电池的电学和光学特性,并对实验结果进行了分析,以探究该设备的优化参数,从而获得更高转化效率太阳能电池以及其成本更经济的制造工艺。在研究过程中,我们介绍了平面硅结构太阳能电池的制作过程。我们也探究了在平面硅/PEDOT:PSS异质结电池结构中表面钝化是如何改善电荷分离、传输和减少复合,最终提高短路电流、开路电压、填充因子FF和功率转换效率(PCE%)。值得注意的是,被表面钝化处理后的平面硅/PEDOT:PSS异质结电池的优点在随机金字塔/PEDOT:PSS结构中也能得到实现。随机金字塔结构能够增强光陷作用,从而增加了电池内入射光的路程。由此可见,在表面钝化(氧化层,氧化硅)的作用下,短路电流、开路电压、FF和PCE均有较大改善,同时串联电阻和电子的复合作用也会随之减小。研究表明,使用湿法刻蚀处理RP-Si/PEDOT:PSS异质结电池器件,其刻蚀材料以及其刻蚀剂浓度的选择都是非常重要的。同时我们也通过实验验证了异质结电池的尺寸、周期、均匀性和表面形貌对该电池器件性能的影响。为了得到碱性溶液蚀刻的最佳效果,我们进行了大量的实验,对RP-Si/PEDOT:PSS太阳能电池的蚀刻剂以及其浓度进行了探究。PEDOT:PSS聚合物可以作为异质结太阳能电池器件中优异的P型材料。它与硅结合能形成性能优良的随机金字塔结构的异质结。本文研究了硅表面钝化、均匀性、周期性表面形态和光伏效应的相关性,以提高光电流转换和太阳能电池设备的性能。
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