OALib Journal期刊
有机物/硅杂化太阳能电池的研究进展
DOI: 10.6023/A14100693
Keywords: 硅结构 ,有机物 ,溶液旋涂 ,界面优化 ,杂化太阳能电池
Abstract:
有机/无机杂化太阳能电池既可以兼容无机材料的高稳定性,高载流子迁移率和成熟的制备工艺,又可以利用有机材料分子结构的可塑性,调节光谱吸收以及光学带隙,以及简便的溶液制作过程,具有取得高效率低成本太阳能电池的巨大潜力.硅和有机物在低温下形成的异质结光伏电池吸引了广泛的研究,目前最高光电转换效率已经达到13.8%.而采用硅纳米线等纳米结构之后使在几十微米的低纯硅上制备高效太阳能电池成为可能,柔性硅基底的杂化太阳能电池效率已经超过12%.本文首先介绍了硅基杂化太阳能电池的结构、工作机理和使用的有机材料,按硅的结构分为平面硅基和微纳结构硅基杂化太阳能电池,重点概述了该类电池最近几年的发展状况,分析了硅的结构、有机材料和制备工艺对器件性能的影响.最后对众多研究方法进行了归纳总结,对存在的问题和解决策略提出了展望.
References
[1] Green, M. A.; Emery, K.; King, D. L.; Igari, S.; Warta, W. Prog. Photovolt: Res. Appl. 2001, 9, 287. [2] Tang, C. W. Appl. Phys. Lett. 1986, 48, 183. [3] (a) You, J.; Dou, L.; Yoshimura, K.; Kato, T.; Ohya, K.; Moriarty, T.; Emery, K.; Chen, C.-C.; Gao, J.; Li, G.; Yang, Y. Nat. Commun. 2013, 4, 1446. [4] (b) Liu, Z.; Xu, F.; Yan, D. Acta Chim. Sinica 2014, 72, 171. (刘震, 徐丰, 严大东, 化学学报, 2014, 72, 171.) [5] (c) Fu, Y.; Wang, F.; Zhang, Y.; Fang, X.; Lai, W.; Huang, W. Acta Chim. Sinica 2014, 72, 158. (付钰, 王芳, 张燕, 方旭, 赖文勇, 黄维, 化学学报, 2014, 72, 158.) [6] (d) He, P.; Li, Z.; Hou, Q.; Wang, Y. Chin. J. Org. Chem. 2013, 33, 288. (和平, 李在房, 侯秋飞, 王艳玲, 有机化学, 2013, 33, 288.) [7] (a) Li, G.; Zhu, R.; Yang, Y. Nat. Photon. 2012, 6, 153. [8] (b) Ye, H.; Li, W.; Li, W. Chin. J. Org. Chem. 2012, 32, 266. (叶怀英, 李文, 李维实, 有机化学, 2012, 32, 266.) [9] (c) Fang, J.; Yu, X.; Yang, X.; Li, W.; An, D. Chin. J. Org. Chem. 2012, 32, 1261. (方敬坤, 俞宪, 杨鑫, 李文风, 安德烈, 有机化学, 2012, 32, 1261.) [10] (d) Liu, X.; Chen, C.; He, R.; Shen, W.; Li, M. Acta Chim. Sinica 2012, 70, 2365. (刘小锐, 陈春香, 何荣幸, 申伟, 李明, 化学学报, 2012, 70, 2365) [11] (e) Cao, Z.; He, Z.; Deng, L.;Tan, S. Chin. J. Org. Chem. 2014, 34, 340. (曹镇财, 何舟, 邓利军, 谭松庭, 有机化学, 2014, 34, 340.) [12] Fthenakis, V. M.; Kim, H. C. Solar Energy 2011, 85, 1609. [13] Sailor, M. J.; Ginsburg, E. J.; Gorman, C. B.; Kumar, A.; Grubbs, R. H.; Lewis, N. S. Science 1990, 249, 1146. [14] Huynh, W. U.; Dittmer, J. J.; Alivisatos, A. P. Science 2002, 295, 2425. [15] He, W. W.; Wu, K. J.; Wang, K.; Shi, T. F.; Wu, L.; Li, S. X.; Teng, D. Y.; Ye, C. H. Sci. Rep. 2014, 4, 3715. [16] Tian, B.; Zheng, X.; Kempa, T. J.; Fang, Y.; Yu, N.; Yu, G.; Huang, J.; Lieber, C. M. Nature 2007, 449, 885. [17] Tsakalakos, L.; Balch, J.; Fronheiser, J.; Korevaar, B. A.; Sulima, O.; Rand, J. Appl. Phys. Lett. 2007, 91, 233117. [18] Garnett, E.; Yang, P. Nano Lett. 2010, 10, 1082. [19] Peng, K. Q.; Lee, S. T. Adv. Mater. 2011, 23, 198. [20] Hu, L.; Chen, G. Nano Lett. 2007, 7, 3249. [21] Peng, K.-Q.; Wang, X.; Li, L.; Wu, X.-L.; Lee, S.-T. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 6872. [22] Han, S. E.; Chen, G. Nano Lett. 2010, 10, 1012. [23] Sai, H.; Kanamori, Y.; Arafune, K.; Ohshita, Y.; Yamaguchi, M. Prog. Photovolt: Res. Appl. 2007, 15, 415. [24] Mavrokefalos, A.; Han, S. E.; Yerci, S.; Branham, M. S.; Chen, G. Nano Lett. 2012, 12, 2792. [25] Cheng, H.-H.; Chang, Y.-Y.; Chu, J.-Y.; Lin, D.-Z.; Chen, Y.-P.; Li, J.-H. Appl. Phys. Lett. 2012, 101, 141113. [26] Mavrokefalos, A.; Han, S. E.; Yerci, S.; Branham, M. S.; Chen, G. Nano Lett. 2012, 12, 2792. [27] Riad, S. Thin Solid Films 2000, 370, 253. [28] Liu, Q.; Ono, M.; Tang, Z.; Ishikawa, R.; Ueno, K.; Shirai, H. Appl. Phys. Lett. 2012, 100, 183901. [29] Wei, W. R.; Tsai, M. L.; Ho, S. T.; Tai, S. H.; Ho, C. R.; Tsai, S. H.; Liu, C. W.; Chung, R. J.; He, J. H. Nano Lett. 2013, 13, 3658. [30] Zhang, Y.; Zu, F.; Lee, S.-T.; Liao, L.; Zhao, N.; Sun, B. Adv. Energy Mater. 2015, 8, 297. [31] Liu, R.; Lee, S. T.; Sun, B. Adv. Mater. 2014, 26, 6007. [32] Wang, W.; Schiff, E. A. Appl. Phys. Lett. 2007, 91, 133504. [33] Seo, J. H.; Kim, D. H.; Kwon, S. H.; Park, Y. C.; Jung, H. H.; Lee, H. W.; Kwon, J. D.; Park, S. G.; Nam, K. S.; Jeong, Y.; Ryu, S. Y.; Kang, J. W.; Kim, C. S. Phys. Chem. Chem. Phys. 2013, 15, 1788. [34] (a) Liu, Q.; Khatri, I.; Ishikawa, R.; Ueno, K.; Shirai, H. Appl. Phys. Lett. 2013, 102, 183503. [35] (b) Zhu, Y.; Song, T.; Zhang, F.; Lee, S. T.; Sun, B. Appl. Phys. Lett. 2013, 102, 113504. [36] (a) Zhang, Y.; Liu, R.; Lee, S.-T.; Sun, B. Appl. Phys. Lett. 2014, 104, 083514. [37] (b) Zhang, Y.; Cui, W.; Zhu, Y.; Zu, F.; Liao, L.; Lee, S.-T.; Sun, B. Energy Environ. Sci. 2015, 10.1039/C4EE02282C. [38] Oh, J.; Yuan, H.-C.; Branz, H. M. Nat. Nanotechnol. 2012, 7, 743. [39] Schmidt, V.; Wittemann, J. V.; G？sele, U. Chem. Rev. 2010, 110, 361. [40] Huang, Z.; Geyer, N.; Werner, P.; de Boor, J.; G？sele, U. Adv. Mater. 2011, 23, 285. [41] (a) Peng, K.-Q.; Lee, S.-T. Adv. Mater. 2011, 23, 198. [42] (b) Liu, R.; Zhang, F.; Con, C.; Cui, B.; Sun, B. Nanoscale Res. Lett. 2013, 8, 155. [43] (c) Bai, F.; Li, M.; Huang, R.; Li, Y.; Trevor, M.; Musselman, K. P. RSC Adv. 2014. 4, 1794. [44] Kayes, B. M.; Atwater, H. A.; Lewis, N. S. J. Appl. Phys. 2005, 97, 114302. [45] Kelzenberg, M. D.; Turner-Evans, D. B.; Kayes, B. M.; Filler, M. A.; Putnam, M. C.; Lewis, N. S.; Atwater, H. A. Nano Lett. 2008, 8, 710. [46] Chen, T.-G.; Huang, B.-Y.; Chen, E.-C.; Yu, P.; Meng, H.-F. Appl. Phys. Lett. 2012, 101, 033301. [47] Chen, J.-Y.; Yu, M.-H.; Chang, S.-F.; Sun, K. W. Appl. Phys. Lett. 2013, 103, 133901. [48] Schmidt, J.; Titova, V.; Zielke, D. Appl. Phys. Lett. 2013, 103, 183901. [49] He, L.; Lai, D.; Wang, H.; Jiang, C.; Rusli Small 2012, 8, 1664. [50] Jeong, H.; Song, H.; Pak, Y.; Kwon, I. K.; Jo, K.; Lee, H.; Jung, G. Y. Adv. Mater. 2014, 26, 3445. [51] Liu, C.-Y.; Holman, Z. C.; Kortshagen, U. R. Nano Lett. 2008, 9, 449. [52] Liu, C.-Y.; Holman, Z. C.; Kortshagen, U. R. Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 2157. [53] Ding, Y.; Gresback, R.; Liu, Q.; Zhou, S.; Pi, X.; Nozaki, T. Nano Energy 2014, 9, 25. [54] (a) Chi, D.; Qi, B.; Wang, J.; Qu, S.; Wang, Z. Appl. Phys. Lett. 2014, 104, 193903. [55] (b) Guo, W.; Liu, F.; Zhu, M.; Zhou, Y.; Liu, J. Phys. Status Solidi C 2011, 8, 2810. [56] (c) Liu, K.; Qu, S.; Zhang, X.; Tan, F.; Wang, Z. Nanoscale Res. Lett. 2013, 8, 1. [57] (d) Sheng, J.; Fan, K.; Wang, D.; Han, C.; Fang, J.; Gao, P.; Ye, J. ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 16027. [58] (e) Tang, Z.; Liu, Q.; Chen, Q.; Khatri, I.; Shirai, H. Phys. Status Solidi A 2014, 211, 1179. (f) Zhao, H.; Xie, D.; Feng, T.; Zhao, Y.; Xu, J.; Li, X.; Zhu, H.; Ren, T. Appl. Phys. Express 2014, 7, 031603. (g) Zhao, Y.; Xie, D.; Xu, J.; Feng, T.; Zhang, X.; Ren, T.; Zhu, M.; Zhu, H. PIERS Proceedings 2014. [59] (a) Kim, T.; Jeon, J. H.; Han, S.; Lee, D.-K.; Kim, H.; Lee, W.; Kim, K. Appl. Phys. Lett. 2011, 98, 183503. [60] (b) Kim, T.; Choi, J. Y.; Jeon, J. H.; Kim, Y.-S.; Kim, B.-S.; Lee, D.-K.; Kim, H.; Han, S.; Kim, K. Mater. Res. Bull. 2012, 47, 3040. [61] (c) Seo, J. H.; Kim, D.-H.; Kwon, S.-H.; Song, M.; Choi, M.-S.; Ryu, S. Y.; Lee, H. W.; Park, Y. C.; Kwon, J.-D.; Nam, K.-S.; Jeong, Y.; Kang, J.-W.; Kim, C. S. Adv. Mater. 2012, 24, 4523. [62] (d) Qin, W.; Yu, W.; Zi, W.; Liu, X.; Yuan, T.; Yang, D.; Wang, S.; Tu, G.; Zhang, J.; Liu, F. S.; Li, C. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 15303. [63] (e) Albrecht, S.; Grootoonk, B.; Neubert, S.; Roland, S.; W？rdenweber, J.; Meier, M.; Schlatmann, R.; Gordijn, A.; Neher, D. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2014, 127, 157. [64] Yu, P.; Tsai, C.-Y.; Chang, J.-K.; Lai, C.-C.; Chen, P.-H.; Lai, Y.-C.; Tsai, P.-T.; Li, M.-C.; Pan, H.-T.; Huang, Y.-Y.; Wu, C.-I.; Chueh, Y.-L.; Chen, S.-W.; Du, C.-H.; Horng, S.-F.; Meng, H.-F. ACS Nano 2013, 7, 10780. [65] Zhang, J.; Song, T.; Shen, X.; Yu, X.; Lee, S.-T.; Sun, B. ACS Nano 2014, 8, 11369. [66] Thiyagu, S.; Hsueh, C. C.; Liu, C. T.; Syu, H. J.; Lin, T. C.; Lin, C. F. Nanoscale 2014, 6, 3361. [67] Kalita, G.; Adhikari, S.; Aryal, H. R.; Afre, R.; Soga, T.; Sharon, M.; Koichi, W.; Umeno, M. J. Phys. D: Appl. Phys. 2009, 42, 115104. [68] Kuo, C. Y.; Gau, C. Appl. Phys. Lett. 2009, 95, 053302. [69] Huang, J.-S.; Hsiao, C.-Y.; Syu, S.-J.; Chao, J.-J.; Lin, C.-F. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2009, 93, 621. [70] Eisenhawer, B.; Sensfuss, S.; Sivakov, V.; Pietsch, M.; Andr？, G.; Falk, F. Nanotechnology 2011, 22, 315401. [71] Zhang, F.; Sun, B.; Song, T.; Zhu, X.; Lee, S. Chem. Mater. 2011, 23, 2084. [72] Zhang, F.; Han, X.; Lee, S.-t.; Sun, B. J. Mater. Chem. 2012, 22, 5362. [73] Wu, Y.; Zhang, X.; Jie, J.; Xie, C.; Zhang, X.; Sun, B.; Wang, Y.; Gao, P. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 11968. [74] Williams, E. L.; Jabbour, G. E.; Wang, Q.; Shaheen, S. E.; Ginley, D. S.; Schiff, E. A. Appl. Phys. Lett. 2005, 87, 223504. [75] El-Nahass, M. M.; Abd-El-Rahman, K. F.; Farag, A. A. M.; Darwish, A. A. A. Org. Electron. 2005, 6, 129. [76] El-Nahass, M. M.; Zeyada, H. M.; Aziz, M. S.; Makhlouf, M. M. Thin Solid Films 2005, 492, 290. [77] Avasthi, S.; Lee, S.; Loo, Y. L.; Sturm, J. C. Adv. Mater. 2011, 23, 5762. [78] Jeong, S.; Garnett, E. C.; Wang, S.; Yu, Z.; Fan, S.; Brongersma, M. L.; McGehee, M. D.; Cui, Y. Nano Lett. 2012, 12, 2971. [79] Pietsch, M.; Bashouti, M. Y.; Christiansen, S. J. Phys. Chem. C 2013, 117, 9049. [80] Fang, X.; Song, T.; Liu, R.; Sun, B. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 20238. [81] Thomas, J. P.; Leung, K. T. Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 4978. [82] Erickson, A. S.; Zohar, A.; Cahen, D. Adv. Energy Mater. 2014, 4, DOI: 10.1002/aenm.201301724. [83] Pietsch, M.; J？ckle, S.; Christiansen, S. Appl. Phys. A 2014, 115, 1109. [84] Shiu, S.-C.; Chao, J.-J.; Hung, S.-C.; Yeh, C.-L.; Lin, C.-F. Chem. Mater. 2010, 22, 3108. [85] Lu, W.; Wang, C.; Yue, W.; Chen, L. Nanoscale 2011, 3, 3631. [86] He, L.; Jiang, C.; Lai, D. IEEE Electr. Device Lett. 2011, 32, 1406. [87] Shen, X.; Sun, B.; Liu, D.; Lee, S. T. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 19408. [88] He, L.; Jiang, C.; Rusli; Lai, D.; Wang, H. Appl. Phys. Lett. 2011, 99, 021104. [89] He, L.; Jiang, C.; Wang, H.; Lai, D.; Rusli ACS Appl. Mater. Interfaces 2012, 4, 1704. [90] Zhang, F.; Liu, D.; Zhang, Y.; Wei, H.; Song, T.; Sun, B. ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 4678. [91] Pudasaini, P. R.; Ruiz-Zepeda, F.; Sharma, M.; Elam, D.; Ponce, A.; Ayon, A. A. ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 9620.
Full-Text
Contact Us
service@oalib.com
QQ:3279437679
WhatsApp +8615387084133
