有機/無(wú)機復合半導體材料與太陽(yáng)電池

有機/無(wú)機復合半導體材料與太陽(yáng)電池

曲勝春 王占國

(中國科學(xué)院半導體研究所半導體材料科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗室)

　　摘要：有機/無(wú)機復合半導體材料是一種新型人工合成材料，兼具有機、無(wú)機半導體材料的優(yōu)點(diǎn)，在性能上實(shí)現優(yōu)勢協(xié)同與功能互補，受到材料、物理、化學(xué)、信息、能源等研究領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，并已應用于新型太陽(yáng)電池的研制。

　　針對大失配材料的復合原理、體異質(zhì)結的光電轉換過(guò)程與電荷輸運、低成本的全固態(tài)納米結構薄膜太陽(yáng)電池設計與研制等問(wèn)題開(kāi)展研究工作。研究有機/無(wú)機復合材料構筑，復合界面結構與控制，不同材料、結構設計、制備工藝等對體異質(zhì)結太陽(yáng)電池性能的影響。實(shí)現了有機、無(wú)機兩種電子結構大失配材料間的有效復合，探索了有效復合方法及復合機理，制備了復合半導體薄膜材料，細致研究了其物理、化學(xué)性質(zhì)，如光吸收、穩定性等。提出體異質(zhì)結結構中內建電場(chǎng)的局域化與方向性問(wèn)題，這涉及體異質(zhì)結光電轉換過(guò)程、光生載流子再復合及其向收集電極的輸運、輸運驅動(dòng)力，是體異質(zhì)結太陽(yáng)電池中的重大科學(xué)問(wèn)題。

　　提出在體異質(zhì)結中引入金屬等離激元，增強有源層的光吸收，提高太陽(yáng)電池性能。等離激元屬于近場(chǎng)作用，導致其增強光吸收效應是局域化的，體異質(zhì)結結構充分發(fā)揮了等離激元的近場(chǎng)增強作用。光生激子的產(chǎn)生、分離、輸運和收集效率等決定了太陽(yáng)電池的性能，其中載流子輸運和收集是目前影響有機/無(wú)機復合太陽(yáng)電池效率的主要因素，解決載流子在輸運過(guò)程中的復合問(wèn)題將是目前效率水平下取得突破的關(guān)鍵因素。

　　制備SnS/SnO 網(wǎng)狀納米材料，研究生長(cháng)機理，在此基礎上制備了體異質(zhì)結太陽(yáng)電池，分析了窄禁帶半導體材料對光吸收和體異質(zhì)結太陽(yáng)電池性能的影響。用電化學(xué)聚合方法制備了摻雜聚苯胺薄膜，具有良好的透光率，較高的電導率，作為太陽(yáng)電池中的陽(yáng)極緩沖層，用于輸運空穴與抑制電子反向傳輸，可提高器件的開(kāi)路電壓，抑制光生載流子的陽(yáng)極復合。用高氯酸或共軛小分子蒽甲酸摻雜可控制聚苯胺薄膜形貌，同時(shí)影響主鏈上電子的分布，對調控太陽(yáng)電池性能具有重要作用。另一方面，基于有機化學(xué)過(guò)程制備多層無(wú)機納米薄膜結構的太陽(yáng)電池，探索一種低成本制備無(wú)機薄膜太陽(yáng)電池的方法。