《新型超薄高效低高寬比納米半球太陽電池研究》是依託蘭州大學，由李亞麗擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：新型超薄高效低高寬比納米半球太陽電池研究
- 依託單位：蘭州大學
- 項目負責人：李亞麗
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
矽納米結構優異的光、電學性能及其在太陽電池中的潛在套用引起了人們的廣泛關注。本項目擬將二代薄膜電池與三代納米電池概念相結合，將低高寬比納米半球結構置於超薄矽薄膜太陽電池表面，以製備高性能低成本太陽電池。大面積規則排列的具有不同半徑、周期的納米半球陣列置於矽薄膜表面後，能有效調製矽薄膜與空氣之間的折射率，增強光散射並延長入射光光程，從而可有效降低對入射光的反射並增加光吸收，使研發厚度低於1微米的超薄晶化矽薄膜太陽電池成為可能。同時納米結構所特有的光電傳輸分離效應可縮短少數載流子的傳輸距離、減少複合損失，即使使用低純材料也可實現有效的光生載流子收集，提高薄膜太陽電池的光電轉換效率並降低成本。本項目將為高效超薄納米結構矽薄膜太陽電池的研究提供理論依據，從而有望在大幅降低矽薄膜太陽電池製造成本的同時提高其轉換效率。此理論模型也將為其他材料超薄高效薄膜太陽電池的研究開發提供思路及理論依據。
結題摘要
由於其優異的光、電學特性，納米結構半導體材料在實現高性價比太陽電池方面具有重要的潛在套用。一般而言，具有較大高寬比的半導體結構，光俘獲性能更佳。然而，大的高寬比給高質量pn結和電極接觸的製備帶來了困難。因此，目前以半導體納米線結構為代表的納米太陽電池儘管具有高的短路電流密度，但因質量較差的pn結和電極接觸，通常相應器件的開路電壓和填充因子偏低，從而導致低下的光電轉換性能。開發具有優良光管理性能，且具有低高寬比的半導體納米結構是解決相關問題的一個途徑。在本研究中，我們以低高寬比、高光俘獲性能矽納米結構的開發為研究切入點，開展了一系列的研究工作，取得了以下主要進展和成果：（i）在矽片上實現了低高寬比、高光管理性能的納米倒錐修飾的表面結構，製備了矽納米倒錐/PEDOT:PSS異質結太陽電池，在沒有任何進一步結構和界面最佳化的情況下，獲得了9.6%的光電轉換效率。作為參照，我們亦製備了矽納米線/PEDOT:PSS太陽電池，儘管其短路電流密度比前者略高，但差的pn結和電極接觸質量導致該器件低的開路電壓和填充因子，最後獲得的電池效率約7.1%；（ii）首次實現了利用傳統的濕化學刻蝕，在玻璃襯底上製備出了矽納米線結構；（iii）以納米錐修飾的納米線半導體結構為平台，系統地研究了半導體納米結構的光管理行為，提出了實現高光吸收性能的半導體納米結構製備的一般性指導原則；（iv）製備了具有“雙級”結構的黑矽及電池，獲得了約18.23%的光電轉換效率。上述研究成果將為相應高性價比超薄電池結構的開發提供有益的參考。
