有机/无机复合半导体材料与太阳电池

有机/无机复合半导体材料与太阳电池

曲胜春 王占国

(中国科学院半导体研究所半导体材料科学重点实验室)

　　摘要：有机/无机复合半导体材料是一种新型人工合成材料，兼具有机、无机半导体材料的优点，在性能上实现优势协同与功能互补，受到材料、物理、化学、信息、能源等研究领域的广泛关注，并已应用于新型太阳电池的研制。

　　针对大失配材料的复合原理、体异质结的光电转换过程与电荷输运、低成本的全固态纳米结构薄膜太阳电池设计与研制等问题开展研究工作。研究有机/无机复合材料构筑，复合界面结构与控制，不同材料、结构设计、制备工艺等对体异质结太阳电池性能的影响。实现了有机、无机两种电子结构大失配材料间的有效复合，探索了有效复合方法及复合机理，制备了复合半导体薄膜材料，细致研究了其物理、化学性质，如光吸收、稳定性等。提出体异质结结构中内建电场的局域化与方向性问题，这涉及体异质结光电转换过程、光生载流子再复合及其向收集电极的输运、输运驱动力，是体异质结太阳电池中的重大科学问题。

　　提出在体异质结中引入金属等离激元，增强有源层的光吸收，提高太阳电池性能。等离激元属于近场作用，导致其增强光吸收效应是局域化的，体异质结结构充分发挥了等离激元的近场增强作用。光生激子的产生、分离、输运和收集效率等决定了太阳电池的性能，其中载流子输运和收集是目前影响有机/无机复合太阳电池效率的主要因素，解决载流子在输运过程中的复合问题将是目前效率水平下取得突破的关键因素。

　　制备SnS/SnO 网状纳米材料，研究生长机理，在此基础上制备了体异质结太阳电池，分析了窄禁带半导体材料对光吸收和体异质结太阳电池性能的影响。用电化学聚合方法制备了掺杂聚苯胺薄膜，具有良好的透光率，较高的电导率，作为太阳电池中的阳极缓冲层，用于输运空穴与抑制电子反向传输，可提高器件的开路电压，抑制光生载流子的阳极复合。用高氯酸或共轭小分子蒽甲酸掺杂可控制聚苯胺薄膜形貌，同时影响主链上电子的分布，对调控太阳电池性能具有重要作用。另一方面，基于有机化学过程制备多层无机纳米薄膜结构的太阳电池，探索一种低成本制备无机薄膜太阳电池的方法。