石墨烯-半導體肖特基結太陽能電池.pdf

1、光伏發電技術是解決能源危機和環境污染的最有效途徑之一，能夠滿足人們日益增長的用電需求。在傳統的硅基太陽能電池上人們已經展開了大量的研究，但是因為工藝復雜及加工溫度高，硅基電池制造成本一直居高不下，難以與常規能源相抗衡。為了縮減太陽能電池制造成本，研究低成本、高效率的電池能夠給光伏發電技術帶來更大的競爭力。采用透明導電的石墨烯薄膜來制備太陽能電池被認為新一代制備低成本、高效率的電池技術。因此，圍繞石墨烯與半導體結合的肖特基結太陽能電池，本

2、文研究了化學氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition，CVD)制備的石墨烯與砷化鎵(Gr/GaAs)結合的肖特基結太陽能電池基本性能及其性能改善、還原氧化石墨烯薄膜（reduced graphene oxide，r-GO）的光電性能及其與硅結合的太陽能電池(r-GO/Si)性能，得到以下結果:
　　(1)通過對GaAs背面電極熱處理、設計電極結構及鈍化砷化鎵前表面等三個優化步驟能夠將電池效率逐步提高。電極熱處

3、理能降低電池的串聯電阻，增大填充因子，CVD-Gr/GaAs電池效率從1.20％提升至2.03％。采用更優結構的電極能進一步降低接觸電阻，使電池效率從2.03％提升至4.23％。采用Na2S鈍化GaAs能夠減小電池表面復合的程度，使電池的開路電壓、填充因子得到了提升，最終得到的電池轉換效率從4.23％提升至6.64％。
　　(2)在Gr/GaAs肖特基結中插入聚-3己基噻吩(poly(3-hexylthiophene)，P3HT)

4、作為空穴傳輸層，電池的性能顯著增強，這與石墨烯和砷化鎵之間的勢壘增大、表面載流子復合減少有關。通過優化P3HT傳輸層厚度，發現P3HT層太薄以致砷化鎵表面難以完全覆蓋、電池性能較低，當P3HT厚度太厚，P3HT層光吸收顯著和體內載流子復合嚴重，電池性能惡化，最終P3HT的最優厚度為10 nm，使得電池的最優轉化效率為6.84％。繼續采用雙三氟甲烷磺酰胺(bis(trifluoromethanesulfonyl)-amide，TFSA)[

5、(CF3SO2)2NH]對石墨烯進行摻雜及TiO2作為減反射薄膜，電池性能能夠得到進一步的提升，最終得到的電池光電轉換效率為13.7％，這是基于Gr/GaAs電池目前達到的最高的轉換效率。
　　(3)通過熱還原氧化石墨烯薄膜而得到光電性能優異的r-GO薄膜，并將其成功應用于石墨烯-硅肖特基結太陽能電池。制備薄膜過程中通過改變還原溫度、調節薄膜厚度來改變薄膜光電性能，在相同的薄膜厚度情況下，還原溫度越高，r-GO薄膜的還原程度越高、