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Hohe Leistung von PEDOT:PSS/n-Si-Solarzellen basierend auf strukturierter Oberfläche mit AgNWs-Elektroden

Zusammenfassung

Hybrid-Heterojunction-Solarzellen (HHSCs) haben aufgrund einfacher Bauelementstruktur und kostengünstiger technologischer Prozesse umfangreiche Forschung und Aufmerksamkeit erlangt. Hier werden HHSCs basierend auf einem hochtransparenten leitfähigen Polymer Poly(3,4ethylendioxythiophene):poly(styrolsulfonat)(PEDOT:PSS) präsentiert, das direkt auf ein kristallines Silizium vom n-Typ mit mikroskaligen Oberflächentexturen aufgeschleudert wird, die durch traditionelle Chemikalien hergestellt werden Radierung. Wir haben Grenzflächeneigenschaften zwischen PEDOT:PSS und texturiertem n-Si durch unterschiedliche Beschichtungsbedingungen untersucht. Der endgültige Leistungsumwandlungswirkungsgrad (PCE) könnte mit diesen einfachen lösungsbasierten Herstellungsprozessen 8,54 % erreichen. Die hohe Umwandlungseffizienz wird dem vollständig konformen Kontakt zwischen PEDOT:PSS-Film und texturiertem Silizium zugeschrieben. Darüber hinaus wird das Reflexionsvermögen der PEDOT:PSS-Schicht auf einer strukturierten Oberfläche durch Änderung der Filmdicke analysiert. Um die Leistung der Vorrichtung zu verbessern, wurden aufgrund ihrer besseren optischen Transmission und elektrischen Leitfähigkeit Silber-Nanodrähte als Elektroden verwendet. Der höchste PCE von 11,07 % wurde erreicht, was eine Verbesserung von 29,6 % im Vergleich zu herkömmlichen Silberelektroden aufwies. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Kombination aus PEDOT:PSS-Film und transparenten Silber-Nanodraht-Elektroden einen vielversprechenden Weg für die Realisierung hocheffizienter und kostengünstiger Solarzellen ebnet.

Hintergrund

Ungefähr 90 % des weltweiten Photovoltaikmarktes werden von kristallinen Siliziumsolarzellen eingenommen, da sie sowohl hinsichtlich der Kosten als auch der Effizienz gute Leistungen erbringen [1,2,3,4]. Unter Verwendung von n-kristallinem Silizium und Poly(3,4ethylendioxythiophen):Poly(stylensulfonat)(PEDOT:PSS) werden hergestellte Hybrid-Heterojunction-Solarzellen (HHSCs) von Forschern bevorzugt [5]. Die Eigenschaften von dotierstofffreien, vakuumfreien, Niedertemperatur- und lösungsbasierten Herstellungsverfahren zeigen, dass PEDOT:PSS/n-Si-Heterojunction-Solarzellen eine Reihe von Kostenvorteilen aufweisen [6, 7]. Die höchste berichtete Leistungsumwandlungseffizienz (PCE) von HHSCs beträgt 16,2 %, die von Jian He et al. [8]. Die Effizienzlücke zwischen HHSCs und herkömmlichen Siliziumzellen wird allmählich kleiner.

In HHSCs ist kristallines Silizium mit hoher Mobilität und langer Lebensdauer von Minoritätsträgern ein aktiver Absorber zum Sammeln von Photonen, um photoerzeugte Träger zu erzeugen und Elektronen zu transportieren. Andererseits fungiert die PEDOT:PSS-Schicht mit hoher Transmission (85% für 100 nm Dicke) und hoher Leitfähigkeit (1000 S/cm für Clevios PH1000) [9] als transparente leitende Lochtransportschicht und optisches Fenster [10]. Daher haben die HHSCs das Potenzial, einen höheren PCE zu erreichen. Die PCE von HHSCs ist jedoch stark auf eine minderwertige Übergangsqualität an der PEDOT:PSS/n-Si-Schnittstelle beschränkt.

Interface-Engineering ist für die PEDOT:PSS/n-Si-Solarzellen essenziell, da es die Ladungsträgerübertragung und -trennung optimiert und die Grenzflächen-Rekombinationsgeschwindigkeit reduziert [11]. Mehrere gängige Methoden werden verwendet, um den PCE von PEDOT:PSS/n-Si-Heterojunction-Solarzellen zu verbessern:Verringerung der Dicke von kristallinem Silizium durch Abscheidung von kristallinem Silizium, Auftragen von kolloidalen Quantenpunkten, Texturieren der Siliziumoberfläche in Nanostrukturen, Einbringen des Rückseitenfelds ( BSF) und Aufbringen von Siliziumnitrid oder Siliziumoxid als Passivierungsschicht [5, 6, 12,13,14,15,16,17,18,19,20,21]. Die Kontakteigenschaften von PEDOT:PSS mit texturiertem Substrat wurden jedoch selten berücksichtigt, was das J . erhöht sc und Effizienz von PEDOT:PSS/n-Si Hybridsolarzellen aus Sicht des Interface Engineering.

Unsere Arbeiten werden auf der Si-Oberfläche durchgeführt, die durch ein traditionelles alkalisches Lösungsverfahren texturiert wurde [22]. Die Gleichmäßigkeit der PEDOT:PSS-Filmdicke ist bei texturiertem Si schwieriger als bei ebenen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Elektroden haben die Elektroden aus Silbernanodrähten (AgNWs) eine überlegene optische Durchlässigkeit. Unseres Wissens war es schwierig, das Verdünnungsmittel von Silbernanodrähten auf einen texturierten Polymerfilm zu beschichten. Die Beschichtungsverfahren wie Stabbeschichtung oder Schleuderbeschichtung verursachen das Vorhandensein von Ungleichmäßigkeit und Beschädigung. In diesem Beitrag wurden PEDOT:PSS/n-Si-Solarzellen mit Silber-Nanodraht-Elektroden im Tropfengussverfahren hergestellt. Die neuartige Elektrodenapplikation auf den Zellen bietet einen praktikablen, kostengünstigen und hocheffizienten Metallisierungsprozess.

Methoden

Vorbereitung texturierter Si-Substrate für HHSCs

Als Substrate wurden N-Si(100) Czochralski (CZ)-Wafer (Dicke 210 μm, 1–3 Ω cm) verwendet. Die Proben wurden mit Standardreinigungslösung (SC1 und SC2) gereinigt und dann in einer hochkonzentrierten KOH-Lösung bei 75 °C für 2–3 Minuten poliert, um die beschädigte Schicht zu entfernen. Nach dem Standardreinigungsverfahren wurden die Substrate durch Eintauchen in die gemischte Lösung aus KOH (2 Gew. %) und Isopropanol (2 Gew. %) bei 75 °C für 15–20 Minuten in eine doppelseitige zufällige Pyramidenstruktur texturiert. Die Höhe von zufälligen Pyramiden auf einer strukturierten Siliziumoberfläche beträgt etwa 1 μm. Nach einem weiteren RCA-Reinigungsprozess wurden die texturierten Proben 0,5–1 min in verdünnte HF-Lösung getaucht, um saubere, oxidfreie Siliziumoberflächen zu erhalten.

Herstellung von Si/PEDOT:PSS-Hybridsolarzellen

Schematische Darstellungen des technologischen Prozesses sind in Abb. 1 dargestellt. Der Aluminium-Rückkontakt (200 nm) wurde auf der Rückseite der Proben mittels Magnetron-Sputtern hergestellt. Das Dimethylsulfoxid (5 Gew. %, DMSO) und das Fluorid-Tensid (0,1 Gew. %, Capstone FS31) wurden in der PEDOT:PSS-Lösung (Clevios PH1000) verteilt, um die elektrische Leitfähigkeit und Beschichtungsqualität zu verbessern. Die gemischte PEDOT:PSS-Lösung wurde mit unterschiedlichen Beschichtungsraten auf die Oberseite des Wafers aufgeschleudert. Dann wurden die Proben in einem Ofen bei 130 °C für 15 Minuten getempert, um die Lösungsmittel zu entfernen, um einen hochleitfähigen organischen Dünnfilm vom p-Typ zu bilden. Silbergitterelektroden (200 nm) wurden durch eine Lochmaske auf die Oberseite der Geräte thermisch aufgedampft. Darüber hinaus wurden die alternativen Silber-Nanodraht-Elektroden auf der Oberseite der Proben durch Tropfengießen von Silber-Nanodrähten-Dispersion hergestellt. Die Silbernanodrähte wurden in Isopropylalkohol (5 mg/ml, 50 nm Durchmesser und 100–200 μm Länge, XFNANO) dispergiert. Anschließend wurden die Proben in einem Ofen bei 150 °C für 5 Minuten getrocknet, um die Lösungsmittel zu entfernen.

Schema der Herstellung der n-Si/PEDOT:PSS Solarzellen mit (a-f ) Ag-Gitterelektroden oder (a-e, g ) Silber-Nanodrähte-Elektroden

Gerätecharakterisierung

Die Reflexionsspektrenmessungen wurden mit einer Ulbrichtkugel durchgeführt. Die Rasterelektronenmikroskop-(SEM)-Fotos wurden unter Verwendung von S4800 Hitachi erhalten. Das J−V Die Eigenschaften der Zellen wurden mit einem Oriel-Sonnensimulator (94063A, Newport Corporation), einer 450 W-Xe-Lampe, einer simulierten Luftmasse AM 1,5-Sonnenspektrum-Bestrahlungsquelle bei 100 mW/cm 2 . durchgeführt , monokristalline Referenzzelle und Keithley 2400 Source Meter. Die Absorptionsspektrallinien wurden mit einem Ultraviolett-Spektrophotometer (UV-8000 s Shanghai Precision Instruments Co. Ltd.) gemessen. Die Transmissionsmessungen des PEDOT:PSS-Films wurden von QEX10 (PV Measurements, Inc.) erhalten. Der quadratische Widerstand wurde unter Verwendung eines Vier-Sonden-Schichtwiderstandstesters (SDY-4, Guangzhou Semiconductor Materials Research Institute) durchgeführt

Ergebnisse und Diskussion

Die Verbesserung der optischen und elektrischen Eigenschaften durch das Aufbringen von Additiven in die PEDOT:PSS-Folie würde die Leistung von Solarzellen verbessern. Um die Leitfähigkeit der organischen Schicht zu erhöhen, wird eine Methode der „sekundären Dotierung“ verwendet, indem der PEDOT:PSS-Verbindung Dimethylsulfoxid (DMSO) zugesetzt wird [23]. Die elektrische Leitfähigkeit der PEDOT:PSS-Lösung kann durch Zugabe von zusätzlichem DMSO von 5 Gew.-% stark erhöht werden [10, 23, 24]. Der Schichtwiderstand der auf Gläsern aufgeschleuderten PEDOT:PSS-Schicht betrug 136 Ω/□ bei 2000 U/min. Wir fanden jedoch, dass der Kontaktwinkel zwischen der hydrophoben Siliziumoberfläche und der PEDOT:PSS-Lösung 104,3° betrug (Abb. 2a), was die Schleuderbeschichtungsqualität extrem beeinträchtigte. Eine nützliche Methode ist das Einmischen von Fluoridtensid in die PEDOT:PSS-Lösung, um den Kontaktwinkel zu verringern [25]. Abbildung 2 zeigt die Unterschiede der Kontaktwinkel zwischen Wafer und PEDOT:PSS-Lösung (mit und ohne FS31 von 0,1 Gew.%). Als Ergebnis wurde festgestellt, dass der Kontaktwinkel der PEDOT:PSS-Lösung auf der hydrophoben Siliziumoberfläche merklich verringert wurde. Die optische Transmission des PEDOT:PSS-Films mit und ohne Additive, die bei 5000 U/min auf Glas aufgetragen wurden, ist in Abb. 3 gezeigt. Der PEDOT:PSS-Film zeigt eine optische Transmission von 85 % im Kontrast zum Referenzglas. Durch die Anwendung von DMSO und FS31 konnte die Transmission von PEDOT:PSS bei Wellenlängen von 600 bis 1000 nm leicht erhöht werden. Die Spektren weisen höhere optische Eigenschaften zwischen 400 und 1000 nm auf, was es als optisches Fenster in PEDOT:PSS/n-Si-Solarzellen optimal macht. Außerdem wurde die Gleichmäßigkeit der Filmdicke beim Schleuderbeschichtungsverfahren verbessert. Im Allgemeinen verbessern die Additive die optischen Eigenschaften von PEDOT:PSS und die Kontaktleistung zwischen der texturierten Siliziumoberfläche und der PEDOT:PSS-Schicht.

Der Kontaktwinkel zwischen Wafer und PEDOT:PSS-Lösung (a ) ohne FS31 und (b ) mit FS31

Die rote Linie ist das Absorptionsspektrum von PEDOT:PSS mit Additiven (DMSO und FS31) bei einer Wellenlänge von 400 bis 1000 nm. Die blauen Linien sind die Transmissionsspektren des PEDOT:PSS-Films mit und ohne Zusatzstoffe und des Referenzglases bei einer Wellenlänge von 400 bis 1000 nm.

Ein traditioneller industrieller Texturierungsprozess wird verwendet, um eine lichteinfangende Struktur zu bilden. Aufgrund der anisotropen Reaktionsgeschwindigkeiten von Siliziumwafern in einer heißen alkalischen Lösung werden die Vorder- und Rückseiten des Siliziums in eine mikropyramidale Struktur mit zufälligen Größen geätzt. Das entsprechende REM-Bild der Pyramidenoberfläche ist in Abb. 4f dargestellt. Die komplexe Struktur auf dem Silizium setzt Barrieren, um einheitliche PEDOT:PSS-Film- und Herstellungsprozesse zu erreichen. Um das Problem der Gleichmäßigkeit der Dicke auf der texturierten Siliziumoberfläche zu überwinden, hat das Schleuderbeschichten Vorteile gegenüber anderen Beschichtungsverfahren. Abbildung 4a–e zeigen Draufsichten des PEDOT:PSS-Films auf der Pyramidenstruktur, die bei Schleuderbeschichtungsgeschwindigkeiten von 1000 bis 5000 U/min bzw. 8000 U/min hergestellt wurden. Abbildung 5 zeigt die Querschnittsansichten von substratbeschichtetem PEDOT:PSS bei a 4000 U/min und b 5000 U/min. Bei geringer Geschwindigkeit erschwert die Oberflächenspannung der PEDOT:PSS-Lösung das Eindringen in die von Pyramiden umgebenen Täler. Die zunehmende Spin-Coating-Rate könnte die Penetrationsrate und die Haftfähigkeit der PEDOT:PSS-Lösung auf der mikropyramidalen Oberfläche erhöhen [26]. Der Abdeckungsbereich wird mit der Spin-Coating-Rate erweitert; die Hohlräume werden so klein, dass das PEDOT:PSS nahezu konform mit den texturierten Substraten in Kontakt kommt. Als Ergebnis werden die Luftporen unter dem PEDOT:PSS-Film, wie in Fig. 5 gezeigt, allmählich kleiner [27]. Außerdem werden die Kontaktfläche und die Kontaktqualität zwischen der texturierten Struktur und dem PEDOT:PSS-Film mit zunehmender Schleuderbeschichtungsrate allmählich verbessert. Mit steigender Beschichtungsrate nimmt die Dicke des PEDOT:PSS-Films ab, die Pyramiden treten allmählich aus dem PEDOT:PSS-Film hervor und die Ebenheit des Substrats nimmt entsprechend ab.

Die SEM-Draufsichtsbilder von texturiertem Si mit PEDOT:PSS-Schicht. ae Beschichtungsraten reichen von 1000 bis 5000 U/min und f hat keine PEDOT:PSS-Schicht. Die Skalenbalken in af sind gleich

Die Querschnittsansicht einer texturierten Si-beschichteten PEDOT:PSS-Folie (a ) mit 4000 U/min und (b ) mit 5000 U/min

Die Beschichtungsbedingungen beeinflussten jedoch stark die Morphologien der Vorrichtungen. Zur Charakterisierung der optischen Eigenschaften der Substrate wurden Reflexionsspektren von Proben mit verschiedenen Beschichtungsbedingungen von PEDOT:PSS aufgenommen. Wie in Fig. 6 gezeigt, beträgt das Reflexionsvermögen des ursprünglichen texturierten Si-Substrats aufgrund der effektiven Lichteinfang- und Lichtstreuung, die durch die Erhöhung der optischen Weglänge des einfallenden Lichts zwischen den Mikropyramidenstrukturen auf der Siliziumoberfläche verursacht wird, ~10 bis 20 %. Die experimentellen Ergebnisse zeigen deutlich, dass das Stapeln von PEDOT:PSS-Filmen auf Mikropyramidenstrukturen offensichtlich die Antireflexion von Geräten um ~~5% verbessert. Im Wellenlängenbereich von 600 bis 1000 nm scheint das Reflexionsvermögen von den Beschichtungsraten abhängig zu sein. Jedoch scheint das Reflexionsvermögen im Kurzwellenband unregelmäßig zu sein. Insbesondere bei der Probe bei 1000 U/min scheint das Reflexionsvermögen höher zu sein als bei anderen Geschwindigkeiten. Unter Berücksichtigung der Beziehungen zwischen der Dicke des PEDOT:PSS-Films und seiner Lichtreflexion zeigt Fig. 3 das Absorptionsspektrum und das Transmissionsspektrum des auf Glas beschichteten PEDOT:PSS-Films bei 5000 U/min bei einer Wellenlänge von 400 bis 1000 nm. Die Absorption von PEDOT:PSS im Wellenlängenbereich von 600 bis 1000 nm ist relativ größer als im Kurzwellenband, und das Reflexionsvermögen ist proportional zur Beschichtungsrate. Der Absorptionskoeffizient bei einer Wellenlänge von 400 bis 600 nm ist jedoch vergleichsweise niedriger. Darüber hinaus nimmt die Ebenheit der Oberfläche den Hauptfaktor ein, um das Reflexionsvermögen zu bewirken. Wenn der Film relativ dick ist, sind die Pyramiden fast unter Wasser und die Oberfläche wird abgeflacht, was das Reflexionsvermögen des PEDOT:PSS-Films auf der Siliziumoberfläche bestimmt. Basierend auf der obigen Diskussion haben wir vorläufig vorgebracht, dass das Reflexionsvermögen der PEDOT:PSS-Schicht auf einer strukturierten Oberfläche sowohl von der Absorption der dielektrischen Schicht als auch von der Oberflächenebenheit beeinflusst wird.

Die Reflexionskurven von texturiertem Si, das mit einer PEDOT:PSS-Schicht beschichtet ist, bei verschiedenen Beschichtungsraten von 1000 bis 5000 U/min, 8000 U/min und ohne PEDOT:PSS

Die Rolle der Kontakteigenschaften und der Dicke des PEDOT:PSS-Films für die Leistung von Solarzellen wurde ebenfalls untersucht. Die Lichtstromdichte–Spannung (J–V )-Kurven für die HHSCs mit unterschiedlichen PEDOT:PSS-Beschichtungsraten sind in Fig. 7 gezeigt und die homologen elektrischen Eigenschaften sind in Tabelle zusammengefasst. 1. Das Gerät mit aufgedampften Silbergitterelektroden hat eine Spitzenumwandlungseffizienz von 8,54 %. Die Gesamtfläche des Geräts und der Elektroden beträgt 20 × 20 mm und 40 mm 2 , bzw. Wie in Tabelle gezeigt. 1, das J sc , FF und PCE von PEDOT:PSS/n-Si-Hybridzellen sind mit den Beschichtungsbedingungen korreliert. Mit steigenden Beschichtungsraten werden Kontaktfläche, Kontaktqualität und Schichtdicke optimiert; die J sc der Solarzelle steigt allmählich von 21,68 auf 26,88 mA/cm 2 . Bei niedriger Geschwindigkeit konnte sich der PEDOT:PSS-Dünnfilm nicht auf dem Boden der Täler zwischen den Pyramiden ablagern. Wie in Abb. 5 gezeigt, sind die Kontaktübergangsflächen zwischen dem PEDOT:PSS-Film und der Spitze der Pyramiden so klein, dass der PEDOT:PSS-Film nicht genügend Ladung aufnehmen kann, was zu einem schlechten Heteroübergang führt [26, 27]. Darüber hinaus könnte der PEDOT:PSS-Film aufgrund der großen Bandlücke von PEDOT:PSS die Rekombinationsgeschwindigkeiten an der Grenzfläche verringern und die Rekombination von Elektronen an der Vorderseite des Geräts blockieren.

Die J-V Kurven der HHSCs mit unterschiedlichen PEDOT:PSS-Beschichtungsraten von 1000 bis 5000 U/min und 8000 U/min bei AM1.5

In der praktischen Anwendung auf strukturierten Substraten konnte die Schichtdicke von PEDOT:PSS nicht ohne Berücksichtigung der Kontakteigenschaften eingestellt werden. Das Spin-Coating-Verfahren schränkt gleichzeitig die Schichtdicke und die Kontaktqualität ein [7]. Es ist bekannt, dass für Effizienzsteigerungen eine relativ hohe Beschichtungsrate sehr notwendig ist. Die verstärkten Heteroübergangsbereiche tragen zur Trennung von Löchern und Elektronen und zu einer Erhöhung von J . bei sc . Der hochwertige Grenzflächenkontakt führt zu einem Abfall der Grenzflächenrekombinationsgeschwindigkeit und einer deutlichen Stromerhöhung [11, 18]. Eine solche Tatsache ist aus den Abb. 4 und 5, dass sich bei 5000 U/min kein massives leitfähiges organisches Material über den Tälern stapelt. Zur Reduzierung der PEDOT:PSS-Filmdicke fängt die texturierte Siliziumoberfläche mehr Licht ein [26]. Der verringerte parasitäre Absorptionsverlust der dünneren PEDOT:PSS-Schicht führt zu einer verbesserten Photonenabsorption der Siliziumoberfläche, wodurch der Photostrom und die Zelleffizienz verbessert werden. Wenn die Schleuderbeschichtungsrate jedoch 8000 U/min erreicht, verringert sich die Leerlaufspannung auf 0,49 V, da der PEDOT:PSS-Film zu dünn sein kann, um die gesamte Si-Oberfläche zu bedecken, und der Heteroübergang sich wahrscheinlich verkürzt. Ein dünnerer Film würde die direkte Verbindung zwischen Metallelektroden und Pyramidenspitze bewirken. Aufgrund der verringerten Filmdicke hat die verringerte Länge des P-N-Übergangs einen Einfluss auf die Geräteleistung [23]. Und die Ungleichmäßigkeit der Filmdicke bei 8000 U/min kann für die Beeinflussung der Geräteeffizienz besonders wichtig sein. Daher wird die höchste Leistung von PEDOT:PSS/n-Si-Solarzellen bei 5000 U/min erreicht.

Die obigen Proben wurden mit Silbergitterelektroden hergestellt. Für die Verwendung der hochtransparenten und leitfähigen Silber-Nanodrähte-Elektroden wurde ein ähnlicher AgNWs-Film auf ebenen Substraten in HHSCs beschrieben [28, 29]. Wir haben auch Geräte mit AgNWs-Elektroden mit einer Gesamtfläche von 20 × 20 mm hergestellt. Bei einer Beschichtungsrate von PEDOT:PSS von 4000 U/min können Solarzellen mit Silber-Nanodraht-Elektroden im Tropfengussverfahren einen höchsten PCE von 11,07 % erreichen. Die Messungen sind in Abb. 8 dargestellt. Das SEM-Bild von Silbernanodrahtelektroden auf strukturiertem Substrat ist in Abb. 9 dargestellt. Die Silbernanodrähte könnten die Pyramiden berühren. Und die Elektrodenkontaktfläche zwischen AgNWs und PEDOT:PSS ist größer als bei den Geräten mit Silberelektroden. Der Serienwiderstand von PEDOT:PSS/n-Si-Solarzellen sinkt von 0,84 auf 0,38 Ω/cm 2 hauptsächlich, weil die AgNWs-Filmelektroden einen niedrigen quadratischen Widerstand von ~ 10 Ω/□ aufweisen. Der Füllfaktor und V oc konnte aufgrund des verringerten Serienwiderstands der Geräte von 62,13 auf 72,15% bzw. 0,51 auf 0,56 V stark ansteigen. Darüber hinaus spielt die plasmonische Wirkung von AgNWs eine signifikante Rolle beim Lichtsammel-Boost [30,31,32,33]. Malika Chalh wies darauf hin, dass die AgNWs (mehr als 10 μm) eine Anregung der Oberflächenplasmonenmode verursachen können, was die Absorption für einen Wellenlängenbereich zwischen 400 und 700 nm verbessern könnte [34]. Die Oberfläche des Si-Substrats ist mit vielen Silber-Nanodrähten bedeckt, die Gitter zum Sammeln von Ladungen bilden. Die Verbesserung der Absorption innerhalb der aktiven Schicht kann durch eine Kopplung zwischen jedem Draht erhöht werden. Die AgNWs würden jedoch zu starken parasitären Absorptionsverlusten in den Metall- und aktiven Schichten führen. Hier könnte die dickere aktive Schicht die Absorption in der AgNWs-Schicht reduzieren, während sie mehr Absorption in der aktiven Schicht induziert [35]. Daher hat das Gerät eine signifikante Verbesserung der Breitbandlichtabsorption unter Verwendung der plasmonischen AgNWs über die effiziente Streuung von Licht und plasmonische Kopplung gezeigt [36]. Durch den Austausch von AgNWs-Elektroden wird die Kurzschlussstromdichte des Geräts von 26,55 auf 27,08 mA/cm 2 . erhöht . Es stellte sich heraus, dass die Silber-Nanodraht-Elektroden in den PEDOT:PSS/n-Si-Solarzellen in der Lage sind, einen höheren PCE zu erreichen.

JV Kurven von PEDOT:PSS/n-Si Hybridsolarzellen mit Silbernanodrahtelektroden

a Die Querschnittsansicht von PEDOT:PSS/n-Si-Solarzellen mit AgNWs-Elektroden. b Das detaillierte Bild des roten Rechtecks

Schlussfolgerungen

Zusammenfassend erreicht die gemischte PEDOT:PSS-Lösung aus DMSO und FS31 eine höhere Leitfähigkeit und einen kleineren Kontaktwinkel auf der strukturierten hydrophoben Oberfläche. Das kurzwellige Reflexionsvermögen der PEDOT:PSS-Schicht auf der strukturierten Oberfläche wird durch den kombinierten Effekt des Absorptionskoeffizienten und der Ebenheit der Substratoberfläche beeinflusst. Mit besserer Kontaktqualität, geeigneter Filmdicke und größerem Kontaktübergangsbereich bei optimierter Beschichtungsrate wird die Leistung der HHSCs verbessert. Die Anwendung von Silber-Nanodraht-Elektroden demonstrierte einen einfachen vielversprechenden Herstellungsprozess zur Erzielung eines höheren PCE.


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