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硅纳米结构对太阳光谱具有较高的陷光能力和载流子收集特性。PEDOT∶PSS具有高透光性、可旋涂成膜,p型高导电聚合物,并且与硅材料不存在晶格失配问题等优点被广泛的应用于太阳能电池中。硅纳米结构/PEDOT∶PSS杂化太阳能电池不仅具有无机太阳能电池高的电子传输能力优势,而且具备有机太阳能电池高效的空穴传输能力的优势。近年来,科学家对硅纳米线(SiNWs)/PEDOT∶PSS杂化太阳能电池进行了深入的研究,从界面钝化、对聚合物表面改性等方面改善了电池效率,却没有发现从聚合物浓度角度改善太阳能电池性能的报道。本论文通过改变PEDOT∶PSS浓度和硅纳米线/PEDOT∶PSS杂合太阳能电池的制作环境来改善硅纳米线/PEDOT∶PSS杂合太阳能电池的电学性能并对其机理进行研究。具体研究如下: (1)研究PEDOT∶PSS溶液浓度的改变对其电导率和成膜性的影响。通过旋转蒸发法改变PEDOT∶PSS溶液浓度。将不同浓度的PEDOT∶PSS溶液旋涂成膜,并测量了其透射-吸收光谱、膜厚以及方块电阻,通过以上参数计算了其电导率。为了进一步研究薄膜性能,对不同浓度的PEDOT∶PSS薄膜测试了AFM。结果发现,随着PEDOT∶PSS浓度的增加,薄膜的电导率逐渐增大。浓度增加,PEDOT纳米晶粒重排,结晶度增大,PEDOT链从盘绕结构向线型结构转变,形成了载流子的传输通道,有利于载流子的传输与收集。PEDOT∶PSS浓度为1.8wt%的溶液成膜性最好,且薄膜透射率较高,可以很好地应用于太阳能电池中。 (2)研究了浓度对硅纳米线/PEDOT∶PSS杂合太阳能电池性能的影响。结果显示,PEDOT∶PSS溶液浓度为1.8wt%的PEDOT∶PSS/SiNWs太阳能电池的电学性能最好,其中PCE为8.5%、Jsc为28.46mA/cm2、Voc为0.49V、FF为61%。因为浓度为1.8wt%的PEDOT∶PSS薄膜成膜性好,电导率大,同时其对硅纳米线的表面接触与覆盖最好,一方面,较为平坦的薄膜使得载流子传输路径变短,有利于载流子的的传输和收集。另一方面,若SiNWs顶部未被PEDOT∶PSS薄膜完全覆盖,漏出一定的SiNWs尖端,银栅电极直接与SiNWs接触,会造成大量的漏电流,不利于电池的效率。 (3)研究了制作环境对硅纳米线/PEDOT∶PSS杂合太阳能电池性能的影响。在空气和N2两种不同的环境中制作硅纳米线PEDOT∶PSS杂合太阳能电池,并对其电学性能进行测试对比。结果显示,最好的工艺条件为在N2环境中,静置2min,所制作的硅纳米线/PEDOT∶PSS杂合太阳能电池的电学性能最优(Voc为0.48V、Jsc为28.07mA/cm2、FF为60.14%、PCE为8.10%),比空气中静置2min的光电转换效率提高了25.58%。少子寿命测量结果表明,空气中少子寿命降低,氧气对硅表面有一定的氧化作用,在N2中减少了纳米线的表面氧化缺陷。另一方面,静置2min时,薄膜能充分的填充和覆盖硅纳米线,对于电子空穴对的分离与传输是非常有利的,提高电池的光电转换效率与填充因子。