Karbon nanotüp kompozit film / silikon heterojonksiyon güneş pili araştırması ilerliyor
Şu anda, geleneksel silikon bazlı güneş pilleri hala ana akım fotovoltaik pazarını işgal etmekte, ancak silikon bazlı fotovoltaik endüstrisinin gelişimini kısıtlayan ana faktörler yüksek üretim maliyetleri ve hantal hazırlık prosesleridir. Bu nedenle yüksek verimli, düşük maliyetli, geniş alanlı ve büyük ölçekli üretime uygun güneş pillerinin geliştirilmesi acildir. Makroskopik karbon nanotüp filmler iyi mekanik, elektriksel, optik ve diğer özelliklere sahiptir ve esnektir. Büyüme parametrelerini ayarlayarak, yüksek ışık geçirgenliğine (% 95'e kadar) ve yüksek iletkenliğe (105S m-1) sahip bir karbon nanotüp film elde edilebilir. Karbon nanotüpler ve silikon, geleneksel silikon bazlı güneş pillerinde yüksek sıcaklık katkısı olmadan oda sıcaklığında bir p-n birleşimi oluşturabilir.Bu yeni düşük maliyetli güneş pilinin seri üretimi kolaydır ve çok geniş uygulama olanaklarına sahiptir. Organik iletken polimer, bir çözelti yöntemiyle yumuşak koşullar altında silikon ile bir heterojonksiyon oluşturabilir ve ayrıca silikon bazlı güneş pillerinde p-n bağlantılarını hazırlamak için gereken yüksek sıcaklık sürecini önleyebilir.
Çin Bilimler Akademisi Fizik Enstitüsü'nün "Nanomalzemeler ve Mezoskopik Fizik" araştırma grubu / Pekin Ulusal Yoğun Madde Fiziği Laboratuvarı (hazırlık aşamasında) İleri Malzemeler ve Yapı Analizi Laboratuvarı, uzun yıllardır karbon nanoyapıların hazırlanması, fiziksel özellikleri ve uygulamaları üzerine temel araştırmalar yapmaya kararlıdır. . Son zamanlarda, Çin Bilimler Akademisi'nden akademisyen Xie Sishen ve araştırmacı Zhou Weiya'nın rehberliğinde, Fan Qingxia, Zhang Qiang ve Zhou Wenbin araştırma grubunun doktora öğrencileri, şeffaf iletken karbon nanotüp ağının sürekli ve doğrudan büyümesine dayanan yeni bir sürekli ağ kompoziti türü tasarladı ve hazırladı (ZL 201310164499.5) İnce film PEDOT: PSS-CNT / Si güneş pili (Çin buluş patenti, başvuru numarası: 201610517877.7),% 10,2'lik bir enerji dönüştürme verimliliğine sahiptir.
Aynı işlem koşullarında aynı malzemeden hazırlanan PEDOT: PSS / Si, CNT / Si ve PEDOT: PSS-CNT / Si güneş pillerini analiz ettiler ve ışık geçirgenliği ve iletkenliğini buldular. Hem mükemmel CNT filmi hem de PEDOT: PSS, CNT film ve PEDOT: PSS'nin ilgili avantajlarına tam anlamıyla sahip olabilecek, iyi tasarlanmış bir yapıya göre birleştirilmiştir. İlk olarak, PEDOT: PSS-CNT kompozit film daha mükemmel şeffaf iletken özelliklere sahiptir; ikincisi, PEDOT: PSS, CNT / Si pillere kıyasla bir pn bağlantısı oluşturmak için PEDOT: PSS ve CNT'nin silikonla temasını sağlayarak CNT ağının boşluklarını doldurabilir. Etkili heterojonksiyon alanını büyük ölçüde arttırır; daha da önemlisi, CNT'lerin sürekli ağı, taşıyıcı taşıması için yüksek hızlı bir ağ olarak kullanılabilir, böylece kompozit ağ filmi, p-tipi katmanın delik taşıma kapasitesini arttırır. Yeni yapı bataryasının modeli ve performans iyileştirme mekanizması esas olarak PEDOT'un sürekli ağı olan PSS ve CNT tarafından oluşturulan benzersiz kompozit yapının sinerjistik etkisine atfedilir. Bu çalışma, organik ve CNT ağ kompozit filme dayalı yüksek verimlilik, yüksek tekrarlanabilirlik ve kolay-geniş alanlı bir fotovoltaik cihaz sağlar. İlgili araştırma sonuçları Nano Energy'de yayınlandı (Nano Energy, 2017, 33, 436-444).
Bu çalışma, Bilim ve Teknoloji Bakanlığı (2012CB932302), Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (11634014, 51172271, 51372269 ve 51472264) ve Çin Bilimler Akademisi (XDA09040202) tarafından desteklenmiştir.
Şekil 1 (a) PEDOT: PSS-CNT / Si güneş pili yapısı diyagramı; (b) PEDOT: PSS-CNT kompozit film arka taraf yapı şeması; PEDOT: PSS / Si, CNT / Si ve PEDOT: PSS-CNT / Si (C) Karanlık akım yoğunluğu-voltaj eğrisi, (d) Güneş pilinin parlak akım yoğunluğu-voltaj eğrisi.
Şekil 2 (a) SEM görüntüsü, (b) karbon nanotüp filmin AFM görüntüsü; (c) SEM görüntüsü, (d) PEDOT'un AFM görüntüsü: PSS-CNT kompozit film; (ef) PEDOT: PSS-CNT kompozit film ve Silikon temas arayüzü ve arka tarafın SEM görüntüsü.
Şekil 3 (a) Si substratı, PEDOT: PSS / Si, CNT / Si ve PEDOT: PSS-CNT / Si güneş pillerinin yansıtma spektrumları; (b) CNT ve PEDOT: Farklı spin kaplama hızlarında PSS-CNT kompozit filmler Işık geçirgenliği spektrumu, örnek: PEDOT'un tabaka direnci: PSS ve PEDOT: Farklı döndürme kaplama hızlarında PSS-CNT kompozit filmler; (c) PEDOT'un kalınlığı: PSS ve PEDOT: Farklı spin kaplama hızlarında PSS-CNT kompozit filmler; (d ) DV / dJ- (J + Jph) -1 PEDOT eğrileri: PSS / Si, CNT / Si ve PEDOT: PSS-CNT / Si güneş pilleri.
Şekil 4 (a) PEDOT: PSS-CNT UV fotoelektron spektrum eğrisi; (b) PEDOT: PSS / Si, CNT / Si ve PEDOT: PSS-CNT / Si güneş pili enerji bandı yapı şeması; (c) PEDOT: PSS-CNT / Si güneş pili modeli.
