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摘 要

迄今为止，经过几代太阳能电池的变革，以硅为代表的太阳能电池占据着主导地位。近年来，硅纳米线（SiNWs）由于在光吸收和光生载流子的分离方面的优异性越来越受到人们的关注，被认为是一种非常有希望实现高效太阳电池的纳米结构器件。另外随着高效率的宽带隙金属卤化物钙钛矿光伏技术的出现，人们发现, 为了增加光的吸收，可以将钙钛矿和硅太阳能电池串联耦合在一起，形成钙钛矿/硅串联复合太阳能电池，从而提高其光电转化性能。

本文主要通过选择性刻蚀手段，湿法化学刻蚀法制备硅纳米线，并借助改变制备纳米线的刻蚀时间以及预刻蚀等手段来获得更良好的纳米线。再此基础上通过旋涂钙钛矿溶液，制备出硅纳米线/钙钛矿联级太阳能电池，并与之前的没有钙钛矿吸收层的硅纳米线电池进行比较，发现加入钙钛矿的电池确实能增强光吸收，得到更高的光电转换效率。

关键词：硅纳米线，钙钛矿，太阳能电池，金属辅助化学刻蚀法

The Study on the Silicon Nanowire/Perovskite Solar Cell

Abstract

So far, after several generations of changes in solar cells，solar cells represented by silicon have a dominant position.In recent years, silicon nanowires (SiNWs) have attracted more and more attention due to their superiority in light absorption and separation of photogenerated carriers, and are considered to be very promising nanostructure devices for realizing high-efficiency solar cells. In addition, with the advent of efficient high-bandgap metal-halide perovskite photovoltaic technology, in order to increase light absorption, perovskites and silicon solar cells can be coupled in a tandem configuration to form a perovskite/silicon series composite solar cell, thereby improving its photoelectric conversion performance.

In this paper, silicon nanowires are prepared by using selective etching method combined with wet chemical etching method, and the better nanowires can be obtained by changing the etching time and conditions of the preparation process and pre-etching. On this basis, a silicon nanowire/perovskite concatenated solar cell was prepared by spin-coating a perovskite solution, and compared with the previous silicon nanowire battery without a perovskite absorber layer, it was found that the battery incorporating the perovskite could enhances light absorption, resulting in more efficient photoelectric conversion efficiency.

Key words: Silicon nanowires， Perovskite， Solar cells ，Metal assisted chemical etching

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1硅纳米线和钙钛矿太阳能电池的研究现状与进展 1

1.2硅/钙钛矿串联太阳能电池设计与制备方法 3

1.3太阳能电池测试的方法和性能参数 7

1.4本论文的研究内容 8

第二章 硅纳米线的制备 10

2.1实验试剂和仪器 10

2.2 金属辅助化学腐蚀法（MACE）制备Si纳米线 10

2.2.1 刻蚀硅片的原理 10

2.2.2实验步骤 11

2.3影响Si纳米线刻蚀深度的因素 13

2.3.1刻蚀时间对刻蚀深度的影响 13

2.3.2 预先刻蚀对刻蚀深度的影响 14

第三章 硅纳米线/钙钛矿复合电池的研究 19

3.1 复合电池的制备 19

3.2 硅纳米线电池的测试与数据分析 19

3.3 硅纳米线/钙钛矿复合电池的检测与数据分析 21

总 结 26

参考文献 27

致谢 29

第一章 绪论

1.1硅纳米线和钙钛矿太阳能电池的研究现状与进展

能源已成为人类社会发展的动力和赖以生存的重要支柱。而非再生能源储量逐渐枯竭，环境也变得严峻，因此目前的重中之重是开发绿色新能源。太阳能作为一种很丰富的可再生洁净能源已被广泛关注，而太阳能电池自然成了光电转换的载体。从晶体硅太阳能电池到薄膜太阳能电池^[1]，太阳能电池发展很快。由于新型薄膜太阳能具有简易的工艺、较低的成本、广泛的原料来源^[2]，高的能量转化效率等优点，因而被公认为未来太阳能电池发展的主要方向。再随着高效率的宽带隙金属卤化物钙钛矿光伏技术的出现以及硅纳米线的半导体技术日趋成熟，钙钛矿太阳能电池和硅纳米线太阳能电池已变成光伏领域的研究的一个热点。

1、硅纳米线电池的研究进展与制备方法

在薄膜材料中，硅纳米线是一种半导体纳米材料，可发紫外光^[3]，而体硅是间接带隙半导体，只能利用跃迁发光。相比之下，前者具有与体硅完全不同的性质。硅纳米线具有量子尺寸效应作用，能将间接带隙变为直接带隙，还可发射较强可见光^[20]。另外它在量子限制效应、非定域量子相干效应及非线性光学效应等方面也十分突出。所以独特的结构，优异的光学、电学、热学性能使之也被用于制作太阳能电池。2007年Tian等人在制备了初始光电转换效率为3.4％单根硅纳米线pin径向结的太阳能后^[4]，进一步优化，利用金属辅助化学刻蚀法制备了N型硅纳米线并在其表面积出本征和P型非晶硅层，实现了大约7.3%的光电转换效率,之后Kim等人将50nm本征硅后加入到P型硅纳米线和N型非晶硅层之间以便减少了界面复合，最终效率提升约至9%^[19]。

硅纳米线制备方法大体可分为以下两类:一类概括为“自下而上”，主要是利用高温将硅的化合物分解为许多小分子，并采用物理的方法将这些它们重组成固态的硅纳米线，运用技术有效的调控所制备硅纳米线的直径和长度，从而获取它，主要制备方法包括化学气相沉积法（CVD）、激光烧蚀法^[18]等；还有一类称之为“自上而下”，指通过物理或化学的手段刻蚀出来，形成硅纳米线，当前普遍选用的是金属辅助化学刻蚀法（MACE）。

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