半導體納米材料增效晶硅太陽能電池及光電性能研究.pdf

1、本論文通過化學浴沉積(CBD)、連續離子吸附(SILAR)等方法的方法直接在晶硅片上生長CuO納米陣列、CuS納米晶/量子點以及CuO/CuS復合結構材料。并通過X-射線粉末衍射分析儀(XRD)，場發射掃描電子顯微鏡分析儀(FESEM)，固體紫外-可見-近紅外漫反射光譜分析儀(UV-Vis),半導體材料少數載流子壽命測量儀，光電性能測試等手段測試材料的形貌結構、化學組成、少數載流子壽命及光電轉化性能，詳細結果如下:
　　合成不同形

2、貌、尺寸的CuO納米陣列，將其直接沉積在晶體硅片上。CuO納米陣列/c-Si太陽能電池在250-1250nm范圍內，相對于空白晶體硅片顯示出極強的光吸收和很低的反射率。c-Si太陽能電池結合CuO納米陣列后，晶體硅片表面到空氣之間，能夠形成階梯折射率，從而增加了光捕獲。同時，CuO納米陣列/c-Si結構產生光學共振模型效應，使得入射光能夠發生多重散射，極大的增加光了復合結構晶體硅電池對光的吸收利用。同時，P型的CuO納米陣列沉積在晶體硅

3、片表面后，能有形成CuO納米陣列/c-Si異質結構并且形成內建電場，這將有利于光生電子-空穴對的有效分離，從而使得少數載流子從空白晶體硅片的5.7μs增加到復合結構的15.0μs。CuO納米陣列/c-Si結構降低了其光學損失，同時增加了少數載流子的收集，這兩方面結合從而極大提高了電池效率。實驗結果顯示，CuO納米陣列/c-Si太陽能電池的短路電流，電池效率分別相對提高了10.3％和17.90％。CuO納米陣列/c-Si太陽能電池將有望超

4、過單異質結太陽能電池的Shockley-Queisser局限性。
　　首先在硅片生長CuS納米晶/量子點，并對其不同形貌，尺寸等進行了較深入的研究和討論。我們先對硅片進行預處理，即通過腐蝕的方式，使得硅片表面粗化，同時在硅的表面形成Si納米顆粒。在此基礎上，采用連續離子吸附的方法，在硅片表面沉積致密、均勻、牢固的CuS納米晶/量子點。吸收光譜表明，當CuS納米晶/量子點生長在硅片表面后，復合結構對光的吸收光譜范圍明顯變寬，且吸收強

5、度有一定的增加。從最終的結果看，由于CuS納米晶/量子點具有量子限制效應等特點，能夠極大的將光能轉化為電能。納米CuS具有量子限域效應，使禁帶寬度增大，當CuS導帶與硅片導帶接近時，將有利于導帶間的電子傳遞，達到電子輸送的結果。而硫化銅本身具有吸收系數高，且多重激子效應使CuSQDs能夠將一個光子產生多重電子空穴對，這種多重激子可以使CuSQDs提供比硅片更多的電子，從而達到提高光電轉換效率。此外，我們通過結合CuO納米陣列的陷光結構并