石墨烯/硅肖特基结界面优化研究进展

摘要

在各种商业太阳能电池中,传统硅基太阳能电池由于其原材料丰富、制作工艺成熟等优势,在全球光伏市场中占据着主导地位。但是传统硅基太阳能电池在生产过程中需要高温扩散或者离子注入形成p-n结等原因使其成本高于常规能源,并且这个过程能耗高同时对环境造成污染,与清洁能源的目标相矛盾。因此,进一步降低光伏发电成本,一直是人们所追求的目标。近年来,石墨烯/硅(Gr/Si)肖特基结太阳能电池因其工艺简单且有望实现低成本器件制备而备受关注。石墨烯具有透光率高、导电性好等特点,可作为此类太阳能电池中光生载流子分离的活性层和透明电极。同时石墨烯的导电性可通过化学掺杂或增加石墨烯薄膜层数得以提高。当前,界面工程、化学掺杂、减反薄膜等技术的引入使石墨烯/硅(Gr/Si)肖特基结太阳能电池的光电转换效率在短短几年就从1.65%提高到16.61%(接近传统硅基太阳能电池的水平),说明石墨烯/硅(Gr/Si)肖特基结太阳能电池具有巨大的发展潜力。但是硅表面存在大量的悬挂键和缺陷,这些表面态可以充当电子的俘获和复合中心,极大地增加了硅表面载流子复合速率,造成费米能级钉扎、肖特基势垒降低,不利于器件性能的提升。通过Gr/Si界面优化,降低界面复合,提高电池开路电压(V_(OC))从而优化电池性能的思路成为当前的研究热点之一。本文归纳了绝缘层钝化、硅表面化学基团钝化和空穴传输层插入等主流的Gr/Si界面优化机理和研究进展,为制备高效率和高稳定性的石墨烯/硅肖特基太阳能电池提供一定的参考和指导。