基于石墨烯-硅異持結高性能光伏器件的研究.pdf

1、由于石墨烯具有高透過率、高電導性、柔韌性好、質輕、機械強度和化學穩(wěn)定性高等特點，使其在光伏電池中具有極大的應用潛力。與傳統(tǒng)硅基光伏電池相比，基于石墨烯和硅的復合異質結光伏電池工藝簡單，適合室溫溶液法制備，有效降低了電池成本，有望應用于高效、低成本的光伏電池。但是目前基于石墨烯與硅的復合光伏電池的轉換效率仍然不高，部分是由于肖特基型電池本身性能的制約，因此如何進一步提高石墨烯/硅光伏電池的性能是其能否應用的關鍵，也是目前國際上的研究熱點。

2、
　　本論文主要對基于石墨烯與硅異質結的高效太陽能電池展開系統(tǒng)研究。通過控制合成石墨烯與硅納米陣列，并進行適當?shù)男揎椻g化，以及引入電子阻擋層等手段，減少表面復合，進而通過石墨烯的溶液法轉移，構筑高性能光伏電池。具體研究內容如下：
　　一、利用化學氣相沉積(CVD)法在銅箔上制備了大面積單層石墨烯，通過PMMA輔助方法，實現(xiàn)了大面積石墨烯的完整轉移，并進一步利用HNO3摻雜等方式對石墨烯的電學性質進行調控。此外，利用金屬輔助化

3、學刻蝕法和電化學刻蝕法制得了高度規(guī)整的硅納米線和硅納米孔陣列，并對納米陣列的陷光性能進行了細致研究。
　　二、對硅納米陣列的表面修飾技術進行了研究，證明通過硅表面甲基化修飾，可以有效降低硅納米結構表面載流子復合速率，在調節(jié)硅表面的能勢的同時，提高了表面的抗氧化能力。硅納米陣列表面修飾鈍化是制備高效光伏電池的關鍵。
　　三、構筑了基于石墨烯/平面硅異質結的高性能光伏電池。通過引入聚3-己基噻吩(P3HT)作為電子阻擋層，并結合

4、平面硅的表面甲基化修飾，以及優(yōu)化石墨烯的層數(shù)與摻雜，在石墨烯層數(shù)為5層及P3HT厚度為10nm時，發(fā)現(xiàn)器件性能最優(yōu)，轉換效率可以達到10.56%。
　　四、在平面硅的研究基礎上，進一步構筑了基于石墨烯與硅納米陣列結構的異質結太陽能電池。除通常使用的硅納米線陣列外，我們還在研究中首次引入納米孔陣列。通過利用硅納米陣列良好的吸光性能，以及與P3HT形成核殼結構，有利于載流子的分離傳輸?shù)奶匦?，在對器件結構進一步優(yōu)化的基礎上，制備了轉換效