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本论文致力于研制一种高效率低成本的单晶硅异质结太阳能电池,利用无机载流子选择性材料和硅基底形成的异质结代替传统P-n同质结和非晶硅/单晶硅组成的异质结,这些载流子选择性材料可在单晶硅上形成载流子选择界面,有效避免由重掺杂引入的俄歇复合和自由载流子吸收等限制效率的物理因素,同时在制作工艺上避免了危险气体的使用,减少了高温退火处理以及复杂的掺杂工艺带来的影响。因此,本论文中的单晶硅异质结太阳电池有望成为低成本的新一代单晶硅太阳能电池。本论文选用具有非化学计量缺陷的无机半导体氧化钼(MoOx)和氟化锂(LiFx)分别作为空穴和电子选择性材料,构成基于无机载流子选择性材料的单晶硅异质结太阳能电池。首先,我们利用X射线光电子能谱分析(XPS),对MoOx和LiFx薄膜中元素成分、化学计量、导带、价带、缺陷态等材料特征信息进行了表征,发现MoOx和LiFx与单晶硅接触形成阻挡电子和空穴的界面势垒,起到选择性地提取空穴和电子的作用,可有效地分离光生载流子。其次,我们利用热蒸发方法制作了基于MoOx和LiFx薄膜的单晶硅异质结太阳能电池,并对MoOx和 LiFx薄膜的厚度分别进行了优化,发现当MoOx薄膜厚度为20nm、LiFx薄膜厚度为1.5nm时,电池的光电转换效率最大,达9.77%。为了降低电池表面反射,进一步提高太阳能电池的光电转换效率,我们利用碱溶液腐蚀单晶硅,在其表面形成了微米量级的随机金字塔结构,从而显著降低了硅表面反射。然而,溶液中的金属离子残留在硅表面形成载流子复合中心,导致串联电阻很大和分流电阻很小,并出现“S”型ⅣV曲线,电池效率急剧降低。为避免工艺过程破坏载流子选择性材料/单晶硅异质结界面,我们在硅表面沉积了一层ITO薄膜,合理的厚度设计使得ITO与MoOx薄膜在太阳光谱峰值波长处具有显著的减反射效果,由于光电流的提高,光电转换效率也提高了4%,达到10%。同时,我们还以单晶硅微金字塔结构为模板,在聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜上制备出微纳倒金字塔孔阵列结构。其结构具有良好的折射率匹配和散射特性,使得太阳光被有效耦合入单晶硅电池中,显著提高了光吸收效率和短路电流,将太阳能电池的光电转换效率进一步提高到10.87%,相比没有PDMS减反膜的电池样品,效率提高了 13%。总的来说,本论文的结论和发现为基于无机载流子选择材料的单晶硅异质结太阳能电池的制备和性能优化提供了一定的依据和实验数据支撑。