基于石墨烯-超薄硅異質(zhì)結(jié)高性能柔性光伏器件的研究.pdf

1、石墨烯因其優(yōu)異的性能引起科學(xué)家和工程師們的廣泛關(guān)注。高導(dǎo)電性、高透過率、優(yōu)異的機(jī)械柔性和可控的化學(xué)氣相沉積法（CVD）法大面積生長使得石墨烯在透明導(dǎo)電薄膜、柔性電子和光電子領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。在光伏電池領(lǐng)域，輕便、高效、可穿戴和低成本的柔性太陽能電池是未來光伏電池的發(fā)展趨勢(shì)。而傳統(tǒng)的單晶硅基太陽能電池雖然由于性能穩(wěn)定、豐裕的原材料和成熟的工藝等優(yōu)勢(shì)仍占據(jù)著市場(chǎng)的主要份額，但是其脆性大、重量重的缺點(diǎn)使得它很難適用在一些對(duì)重量和柔韌性有

2、要求的環(huán)境中。因此基于單晶硅基的柔性太陽能電池的研究正在興起。鑒于此，本論文主要研究了基于石墨烯與超薄硅片所構(gòu)筑的異質(zhì)結(jié)在柔性光伏器件中的應(yīng)用，可以分為三部分——緒論、材料的可控制備和器件構(gòu)筑與表征。
　　1.緒論：主要回顧了基于石墨烯/硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池以及基于柔性單晶硅光伏器件的研究進(jìn)展。
　　2.材料的可控制備方面：石墨烯是用CVD法在銅箔基底上催化裂解甲烷而合成；通過調(diào)節(jié)生長參數(shù)，如甲烷和氫氣的流量比、退火時(shí)間、生長

3、溫度和降溫速度，找到穩(wěn)定的生長單層石墨烯的條件，并對(duì)生長樣品進(jìn)行了相關(guān)表征。超薄單晶硅是采用化學(xué)刻蝕法制備；在溫度為90℃的氫氧化鉀溶液中刻蝕雙面拋光的單晶硅片。在制備過程中，反應(yīng)產(chǎn)生大量的氣體會(huì)使薄硅片樣品上下浮動(dòng)，不利于均勻刻蝕。為了制備厚薄均勻的樣品，加入支撐支架保持刻蝕的均勻。通過控制刻蝕時(shí)間，得到不同厚度的超薄硅片。同時(shí)，我們對(duì)制備好的超薄硅片進(jìn)行了柔性的探究。
　　3.器件構(gòu)筑與表征方面：我們將石墨烯轉(zhuǎn)移至超薄硅片上構(gòu)

4、筑器件。為了減少短路電流，一層中間帶有直徑為4 mm圓形窗口的聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜作為絕緣層用在器件結(jié)構(gòu)中。另外，一層薄的聚3-己基噻吩(P3HT)有機(jī)層作為電子阻擋層旋涂在結(jié)區(qū)里，用來提高器件性能。為了優(yōu)化器件性能，我們分別研究了超薄硅片的不同厚度和石墨烯的不同層數(shù)對(duì)器件性能的影響。最終基于40μ m薄硅片和3層石墨烯構(gòu)筑的器件得到優(yōu)化的能量轉(zhuǎn)換效率為8.42％。此外，我們?cè)趶澢鷹l件下進(jìn)一步對(duì)器件進(jìn)行了測(cè)試，研究了彎曲次數(shù)對(duì)