石墨烯/硅肖特基结太阳能电池的研究进展

太阳能电池利用光伏效应直接将光能转变成电能,能有效地解决未来能源危机和环境污染,符合可持续发展的理念.传统的硅基太阳能电池存在需要高温过程,工艺复杂,发电成本无法与火电和水电相抗衡等问题.针对上述问题,近年来研究人员开发了诸多新型太阳能电池以降低制造成本,其中采用石墨烯作为透明电极的石墨烯/硅肖特基结太阳能电池被认为是新一代低成本、高效率的太阳能电池.然而,石墨烯功函数较低、方阻较高,载流子沿界面复合严重,并且平面硅反射率较高,导致石墨烯/硅肖特基结太阳能电池的效率远低于传统硅基太阳能电池.因此,近年来,主要研究重点在石墨烯掺杂改性、抑制界面处的载流子复合和降低器件的反射率等方面.目前,石墨烯/硅肖特基结太阳能电池的光电转换效率(PCE)已由1.65％提升到16.61％.目前,成功应用于提升器件性能的石墨烯掺杂剂主要有HNO3、金属纳米粒子和双(三氟甲磺酰基)酰胺(TFSA)等.其中,HNO3应用最为广泛,但其稳定性较差,采用金属纳米粒子等物理掺杂可以同时提升器件的PCE和稳定性.在石墨烯和硅之间引入Al2 O3、MoS2、量子点等界面层和表面钝化,可以有效地减少硅表面的悬空键,抑制载流子复合,从而提高器件的性能.此外,研究人员通过在石墨烯表面引入TiO2、PMMA、MgF2/ZnS等减反射膜,或在硅表面引入纳米线、多孔硅等微结构,来降低器件的反射率,提高其对光的利用率.本文总结了近年来石墨烯/硅太阳能电池的研究进展,简要介绍了器件的结构和原理,重点介绍了石墨烯掺杂、石墨烯层数选择、硅的纳米或微米结构、减反射膜和界面优化等手段,分析了目前石墨烯/硅肖特基结太阳能电池商业化所面临的问题并对其提出展望,以期为制备效率高和稳定性强的新型石墨烯/硅肖特基结太阳能电池提供一定参考.     

石墨烯-晶体硅光伏器件的研究进展

随着化石能源的日益枯竭,能源问题成为当今世界需要解决的首要问题。在将来的世界能源结构中,太阳能有望占据主导地位。石墨烯是已知材料中载流子移动速度最快的,它化学稳定性好,且在可见光波段具有极高的透光性,非常适合应用于光伏领域。石墨烯-硅太阳电池是一种新型的硅基肖特基结太阳电池,具有制备工艺简单,制作成本低等优点,应用潜力巨大。自2010年首次报道以来,器件的光电转换效率已由1.65%迅速提升至15.6%,得到了广泛的关注。简要介绍了石墨烯-硅太阳电池的基本结构和工作原理,从硅表面反射率优化、石墨烯导电性和功函数优化、石墨烯-硅界面优化和n型石墨烯-硅太阳电池等4个方面概述了石墨烯-硅太阳电池的发展历程、研究现状和未来趋势。     

石墨烯/n-Si肖特基结太阳能电池的性能限制因素及效率提升方法

石墨烯是一种新型的零带隙、半金属材料,具有高透光率,良好的电导率,高稳定性及力学性能,可替代传统的ITO用于制备新一代石墨烯/n-Si肖特基结太阳能电池。详细表述了目前石墨烯/n-Si肖特基结太阳能电池的研究进展,重点总结分析了影响石墨烯/n-Si肖特基结太阳能电池性能的原因及相关的优化方法,为将来进一步对石墨烯/n-Si肖特基结太阳能电池的研究与应用提供借鉴。     

Si/PEDOT:PSS异质结太阳能电池研究进展

以有机材料作为空穴传输层的Si/有机杂化太阳能电池由于其器件结构与制备工艺的不断优化,在短期内实现了理论探究与合成应用的快速增长。但有机材料具有的导电性低和复合界面间稳定性差等缺点,严重影响了复合器件的光电转化效率和使用寿命,阻碍了异质结太阳能电池的技术发展与市场应用。在Si/有机杂化太阳能电池领域,聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT∶PSS)是目前为止效果最佳的有机半导体。PEDOT∶PSS具有高导电性和高透过率等特点,使其成为一种理想的有机空穴传输层材料,并在异质结太阳能电池技术发展和工业应用中脱颖而出。利用PEDOT∶PSS的高导电性能可实现空穴的有效传输,其较高的透过性降低了P-N结生成过程中的寄生吸收,并且在制备中免去了传统硅基太阳能电池所需的高温环节,有效地降低了实际生产成本。近五年来,为降低PEDOT∶PSS中绝缘的PSS对电子传输和表面复合性的影响,大量学者进行了掺杂改性和界面设计的研究工作,有效降低了绝缘性PSS带来的影响,充分发挥了PEDOT高透性和高导电率的优势,优化表面陷光性和器件稳定性,实现了光电转化效率从5.09%至17.4%的大幅度跳跃。本文从Si/PEDOT∶PSS异质结太阳能电池的结构与工作原理出发,重点介绍了Si材料和PEDOT∶PSS有机物的表面修饰、PEDOT∶PSS的掺杂改性、界面氧化层改性和对嵌入式微电网电极改造手段及它们对整体器件性能提升的影响等工作,归纳并分析了Si/PEDOT∶PSS杂化太阳能电池的最新研究进展,展望了太阳能电池的技术研发和理论研究,对未来Si/PEDOT∶PSS异质结太阳能电池的实验室技术研发与工业化生产应用具有一定参考意义。     

上海高研院金属氧化物/硅异质结太阳电池研究取得进展

<正>近日,中国科学院上海高等研究院联合晋能清洁能源科技股份公司,在新型金属氧化物/硅异质结太阳电池研究中取得进展。光生载流子的空间有效分离和收集是晶体硅以及其他类型光伏器件的核心问题之一。在晶体硅表面形成载流子选择性接触层,允许一种载流子通过,而对另一种载流子起阻挡作用。相对传统的扩散掺杂技术,选择性接触层可以减缓重掺杂带来的不利因素(如俄歇复合、带宽变窄)。基于载流子选择性接触原理,非晶硅/晶体硅异质结电池已实现     

硅异质结太阳能电池用透明导电氧化物薄膜的研究现状及发展趋势

硅异质结(SHJ)太阳能电池是目前光伏产业中的重要组成部分,其由于具有高开路电压(V_oc)等优点而引起了广泛的关注。在硅异质结太阳能电池中,透明导电氧化物(TCO)薄膜层的光学性能和电学性能分别影响着电池的短路电流(J_sc)、填充因子(FF),进而影响电池的转换效率。近年来,SHJ电池中TCO层的研究主要集中于掺杂的In₂O₃和ZnO体系。本文从硅异质结太阳能电池的不同结构出发,概述了TCO薄膜的光电性能(透过率、禁带宽度、方块电阻、载流子浓度、迁移率和功函数)以及与相邻层的接触对电池性能的影响,介绍了不同体系的透明导电氧化物薄膜在硅异质结太阳能电池中的应用及研究现状,并展望其未来的发展趋势。     

(PEDOT-PSS)-碳纳米管复合膜硅基太阳能电池

碳纳米管-Si(CNTs-Si)肖特基太阳能电池具有制作简单、成本低的优势。然而,受限于CNTs薄膜的电阻高、结区均匀性差、反光严重等因素,该类器件的光电转换效率仍较低。本文研究了聚3,4-乙撑二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT-PSS)-CNTs复合透明膜的制备及其在硅太阳能电池中的应用。电流-电压曲线表明,PEDOT-PSS的引入可以大幅度提升CNTs-Si器件的光电转换效率(从5.9%到11.6%)。作为透明电极,复合膜中的取向CNTs可有效地收集和传导太阳能电池结区的光生空穴,而PEDOT-PSS则有效填补了CNTs膜的面内空隙,进而增加了肖特基结的面积。采用表面刻有倒金字塔结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为减反层,有效地降低入射光的反射,增加Si表面对光的吸收,进一步将(PEDOT-PSS)-CNTs-Si器件的光电转换效率提升至12.4%。电子束感生电流技术表明器件的光电转换主要基于复合膜与Si之间的肖特基结。     

CuSCN作为石墨烯/硅异质结太阳能电池无机界面层的数值模拟

界面工程是改善石墨烯/硅异质结太阳能电池性能的有效方法之一,但目前常用的界面材料存在价格高、稳定性差等问题.本实验采用AFORS-HET软件对石墨烯/硅太阳能电池进行数值模拟,并引入无机界面材料CuSCN实现降低电池成本、优化器件性能和稳定性的目的,研究了CuSCN界面层的作用、CuSCN层的空穴迁移率和CuSCN/n-Si的价带补偿对太阳能电池性能的影响.结果表明,引入CuSCN界面层和增加CuSCN层的空穴迁移率均有利于提高器件的光伏性能.当CuSCN/n-Si界面的价带补偿大于-0.1 eV时,CuSCN层可作为电子阻挡-空穴传输层;并且当CuSCN/n-Si界面的价带补偿为0.2 eV时,所构建的石墨烯/CuSCN/硅异质结太阳能电池模型取得了25.8％的最佳光电转换效率.本研究有助于揭示影响石墨烯/CuSCN/硅异质结太阳能电池性能的各种因素,为制备低成本、高效率的石墨烯/硅太阳能电池提供了有效途径.     

基于石墨烯薄膜材料的肖特基结光伏器件研究进展

肖特基结太阳能电池因其结构简单、制备方便、成本低廉而受到广泛关注。石墨烯材料具有优异的物理性能以及原料来源丰富、制备成本低,可替代传统的ITO用于制备基于石墨烯的肖特基结太阳能电池。综述了现阶段基于石墨烯肖特基结太阳能电池的研究进展,探讨和分析了不同类型石墨烯肖特基结太阳能电池的性能以及在应用中存在的问题,为后续开展石墨烯肖特基结太阳能电池的研究与应用提供借鉴。     

兰州大学新研究提升太阳能电池转换效率

<正>兰州大学教授彭尚龙团队采用新型电荷选择性材料改性、光吸收改善、硅纳米陷光结构的构筑、硅表面钝化和硅/金属界面接触电阻降低等策略,提升了太阳能电池转换效率,同时,降低了成本。传统的硅基太阳能电池由于制备流程复杂、硬件设备投资高,使得电池成本高,限制了大规模的应用。用新型电荷选择性材料与晶硅基片形成非掺杂的异质结太阳能电池,可避免掺杂所需要的高温工艺,但这类材料本身空穴迁移率     

我国首例突破11%的铁电-半导体耦合光伏器件

正日前,中国科学院电工研究所化合物薄膜太阳能电池研究组在普通钠钙玻璃上制备的铁电-半导体耦合光伏器件,经中国科学院太阳能光伏发电系统和风力发电系统质量检测中心认证,其转化效率达到11.3%。铁电-半导体耦合光伏器件也称为纳米偶极子太阳能电池,属于第三代太阳能电池。与传统PN结型不同的是,这种光伏器件是由具有铁电特性的纳米颗粒矩阵的极化电场来产生内建电场;而填充在纳米偶极子颗粒之间的半导     

硅基薄膜多结太阳能电池的结构、制备技术及其效率优化的研究

综述了硅基薄膜多结太阳能电池的制备技术及进展,介绍了电池中间层、隧穿结、高倍聚光以及直接键合等硅基多结太阳能电池的各种新型制备技术。其次,评述了硅基多结太阳能电池在结构方面的研究现状。最后,针对带隙匹配、本征层以及减反膜等方面优化硅基多结太阳能电池效率的研究做了展望。     

新能源材料

正俄美共同研制出新型太阳能电池俄罗斯莫斯科钢铁合金学院和美国德克萨斯大学达拉斯分校组成的国际研究小组,研发出钙钛矿太阳能电池的制造技术。相比传统的硅基太阳能电池,钙钛矿型薄膜太阳能电池的光电转换效率更高,成本更低。研究人员认为,轻便、灵活、廉价的钙钛矿型太阳能电池,将大规模替代硅基太阳能电池。硅基太阳能电池的研究始于20世纪中叶。现有技术的缺陷在于,硅的生产过     

锑掺杂氧化锡薄膜的制备及其对硅基太阳能电池工作温度的影响

硅基太阳能电池占据着光伏发电的最大份额, 但是在阳光下其工作温度过高会降低电池效率和功率输出, 因此降低硅基太阳能电池在阳光下的工作温度具有重要意义。本研究以氯化亚锡和三氯化锑为原料, 通过简单的溶胶-凝胶法制备锑掺杂氧化锡(ATO)薄膜, 将其作为硅电池盖板, 研究了锑(Sb)掺杂量和薄膜厚度对薄膜红外阻隔性能和硅电池降温性能的影响。研究表明, ATO薄膜的红外遮蔽性能随薄膜厚度增加而提高, 但可见光透过率随之降低。用AM1.5太阳光持续照射30 min后, 使用旋涂1~4层ATO薄膜盖板的硅电池温度比使用普通玻璃盖板的电池最大降低2.7 ℃, 晶硅电池效率可以保持在10.79%以上。此外, 使用10mol%锑掺杂的3层ATO薄膜盖板的硅电池在连续光照30 min后, 温度比使用普通玻璃盖板最大降低1.5 ℃, 效率提高了0.43%。     

二维MXene材料在新型薄膜太阳能电池技术中的研究进展

太阳能作为自然界中丰富的可持续清洁能源,可以在解决当前能源短缺问题的同时有效减少因过度消耗化石燃料造成的环境污染问题。近年来,第三代新型薄膜太阳能电池,如染料敏化太阳能电池(DSSCs)和钙钛矿太阳能电池(PSCs)等,凭借其原料丰富、制造成本低廉和光电性能良好等优点而受到广泛关注。然而,新型薄膜太阳能电池器件的电荷传输性能和运行稳定性与正式商用的要求仍有一定差距。二维MXene材料具有比表面积高、表面官能团丰富、导电性优良、功函数可调和亲水性等优点,已成为能源转换领域的研究热点。鉴于此,本文在综述二维MXene材料的结构、光学和电学特性的基础上,阐述了近些年二维MXene材料应用于新型薄膜太阳能电池的研究进展,并重点探讨了二维MXene材料增强太阳能电池光电性能的机制。二维MXene材料可通过作为钙钛矿太阳能电池中钙钛矿层和电荷传输层的添加剂、修饰染料敏化太阳能电池的光电阳极和制备电极,来调整能带对齐、降低功函数、拓宽吸光范围和形成“柱撑效应”,有效改善器件的光吸收效率、载流子迁移率和电荷提取能力,从而提升器件的光电性能和稳定性。最后,结合目前的研究进展,对二维MXene材料在新型薄...     

复合钙钛矿太阳能电池电荷传输层材料研究进展

有机无机复合钙钛矿太阳能电池因具有适合的载流子扩散长度而成为备受关注的有望获得高效率的光伏器件。复合钙钛矿材料本身不含贵金属元素,可以采用液相法或物理气相法低温制备,成本低廉,但目前应用最多的电子传输层材料TiO2需400~500℃煅烧,与柔性基底及低温制备技术适应性差;空穴传输层材料SpiroOMeTAD合成工艺复杂,价格高昂,限制了复合钙钛矿太阳能电池的开发应用。开发和研究导电性好、成本低、稳定性好的电子和空穴传输层材料是复合钙钛矿太阳能电池研究中的一个非常重要的方面。综述了复合钙钛矿太阳能电池中电荷传输层材料的研究进展及发展方向。电子传输层材料方面通过对TiO2的改性以及与石墨烯的复合,采用ZnO、石墨烯或PCBM作为电子传输层材料,以与柔性基底及低温制备技术相适应。空穴传输层材料方面,采用其它低成本、导电性高的有机p型半导体替代spiro-OMeTAD;采用无机空穴传输层材料以避免有机空穴传输层材料的老化问题,提高电池的长期稳定性;利用复合钙钛矿材料兼作吸收层与空穴传输层,制备无空穴传输层材料结构电池以降低成本,提高稳定性。     

利用高度稳定的发光薄膜提高多晶硅太阳能电池的光伏效率（英文）

硅基太阳能电池已经主导了整个光伏市场,但是仍然面临着光电转化效率低的问题,其中部分原因是其对紫外线的利用率较低.稀土铕配合物能够将紫外光转化为可见光,有望提高硅基太阳能电池的光电转化效率.然而,这类配合物较低的稳定性限制了它们的实际应用.本文中,我们制备了一种高度稳定的EVA/Eu(ND)4-CTAC发光薄膜,将其覆盖在大尺寸的多晶硅太阳能电池表面(110 cm^2)可以使得光电转化效率从15.06%提高到15.57%.在500 h的加速老化实验中荧光性能几乎没有下降,证明了发光薄膜的超强稳定性.在如此大的有效面积上,发光薄膜使硅基太阳能电池的转换效率提高0.51%的绝对值,同时实现超高的稳定性,说明该发光膜在光伏工业上具有广阔的应用前景.     

基于化学气相沉积石墨烯/PEDOT-PSS共混复合材料的导电薄膜

采用液相剥离技术制备基于化学气相沉积（CVD）石墨烯/聚乙撑二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸（PEDOT-PSS）共混复合材料的导电薄膜。采用原子力显微镜和SEM表征石墨烯/PEDOT-PSS复合薄膜的微观结构;通过紫外吸收谱、X射线光电子能谱、FTIR等分析技术探索该共混复合薄膜的导电机制。结果表明：石墨烯/PEDOT-PSS导电薄膜具有优异的电学特性,其方阻约为8 Ω/□;表面分析表明,石墨烯与PEDOT主链中五元噻吩发生π-π共轭效应,由此引起两作用体之间电子云密度的变化,该变化增加了PEDOT主链的载流子离域化程度,有利于PEDOT导电性的提升,同时提高石墨烯的载流子浓度,使CVD石墨烯/PEDOT-PSS复合薄膜的导电能力增强。     

新型太阳能电池关键材料研究及其进展

在太阳能的有效利用中,光伏发电是近些年来发展最快、最具活力的研究领域。新型太阳能电池在成本方面比晶体硅太阳能电池具有很大的成本优势,因此新型太阳能电池成为新的主要研发方向。本文主要介绍硅基薄膜电池、碲化镉太阳电池、聚合物太阳电池、量子点太阳电池等新型太阳电池的特点及其关键材料研究进展。     

原子层沉积技术在新型太阳能电池中的应用

原子层沉积技术(ALD)是一项正处于发展之中、在许多领域具有巨大应用前景的新型材料制备技术,该技术在纳米结构和纳米复合结构的制备方面显示出独特的优势,在新型薄膜太阳能电池领域呈现出巨大的发展潜力和前景。首先概述了ALD技术的工作原理,简要介绍了近几年ALD技术在硅基太阳能电池和铜铟镓硒薄膜电池(CIGS)中的应用,然后重点综述了原子层沉积纳米功能薄膜在染料敏化太阳能电池(DSSCs)和有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池(PSCs)为代表的新型薄膜太阳能电池中的应用。最后,总结了原子层沉积功能薄膜的特点和优势,展望了ALD在新能源材料与器件领域的应用前景和发展趋势。