柔性太阳电池具有重量轻、可卷对卷连续生产、可卷曲、不易破碎、便于携带和可穿戴等特点, 可在多种领域为人们提供电力, 具有非常广泛的应用前景。近年来, 在基于刚性衬底的有机/无机杂化钙钛矿太阳电池(PSC)展示了出色的功率转换效率之后, 柔性PSC研究也受到了人们的广泛关注。目前, 柔性PSC的转换效率已经达到了18.1%。本文介绍了近年来柔性PSC领域的相关研究工作, 综述了已应用于柔性PSC的柔性基底、透明电极和界面传输层等关键材料近来的发展, 并探讨了这些材料应用于柔性PSC时的优势和面临的主要问题, 最后对柔性PSC未来的发展进行了展望。

为了研究硅量子点薄膜在太阳电池中的应用, 本文采用甚高频等离子体增强化学气相沉积技术, 低温制备了镶嵌有纳米晶硅(nc-Si)的纳米硅氧多层(nc-SiOx/a-SiOx)薄膜样品。TEM图显示, 通过调整nc-SiOx层的厚度, 实现了薄膜多层结构的低温调控。利用拉曼散射光谱(Raman)、紫外可见透射光谱以及稳/瞬态光致发光(PL)谱等检测手段对薄膜的微观结构、能带特征以及发光特性进行了分析。光吸收谱分析表明, nc-Si粒子尺寸及其a-SiOx边界层共同影响薄膜的光学带隙。稳/瞬态PL谱分析表明, 多层结构发光表现为一个固定于1.19 eV附近的发光峰和一个随nc-SiOx层厚度增加而发生红移的发光峰, 其中固定发光峰归因于非晶SiOx网络中缺陷发光, 发光衰减寿命约在4.6 μs, 峰位可调的发光峰为nc-Si量子限制效应-缺陷态复合发光, 对应两个发光衰减过程, 其中慢发光衰减寿命随nc-SiOx层厚度增加由9.9 μs增加到16.5 μs, 快发光衰减过程基本保持不变。低温PL谱的温度依赖特性进一步表明, 薄膜样品的发光主要表现为nc-Si的量子限制效应发光。

采用磁控溅射技术制备并通过不同温度的快速热退火得到了不同表面形貌的纳米银膜。 利用XRD, SEM和紫外-可见-近红外透射光谱等技术研究了纳米银膜的结构、 表面形貌与光学性质。 实验结果表明, 随着退火温度的升高, 银膜开口面积分数、 银岛(纳米粒子)间距增大, 长宽比减小, 银岛由各向异性的蠕虫状变成各向同性的纳米球; 表面等离激元共振带发生连续的蓝移, 半高宽变窄。 分析表明, 纳米银膜的表面等离激元共振特性可以通过热退火诱导的表面形貌变化实现调整。

采用等离子体增强化学气相沉积技术，通过改变CO2流量制备了不同氧含量的非晶氧化硅薄膜。利用紫外可见吸收谱、傅里叶红外吸收谱和稳态/瞬态光致发光谱等技术研究了薄膜的微观结构和光学特性。实验结果表明，随着氧含量的增加，薄膜的带隙增大，光致发光强度增加、峰值朝高能方向移动、光谱半峰全宽展宽。时间分辨光谱显示薄膜发光峰值处的衰减时间随氧含量的增加从6.2 ns单调增加到21 ns，而同一样品的发光寿命随发射波长能量增加而减小。综合分析光学吸收、发射及发光衰减特性表明，薄膜的发光机制主要归结为非晶材料带尾态之间的辐射复合。

采用射频等离子体增强化学气相沉积技术制备了纳米晶硅粒子, 并对其溶液发光的稳态和瞬态特性进行了研究。稳态光致发光结果显示, 新制备的纳米硅粉体表现为峰值位于440 nm附近的蓝色发光, 经长时间氧化后, 该波段发光强度显著增强, 并且出现另一峰值位于750 nm附近的红色发光带。不同波长激发和时间分辨光致发光谱的分析表明, 纳米硅粒子蓝色发光归因于粒子内部载流子的带-带跃迁过程, 衰减时间在纳秒量级, 氧化造成该波段发光衰减时间常数增加。氧化后出现的红色发光来源于载流子经由表面缺陷态的辐射复合, 该发光衰减寿命微秒量级。