研究目的
研究直接生长在硅上的垂直石墨烯纳米山丘（VGNH）在太阳能电池中的应用，重点优化VGNH的厚度、最小化表面复合并增强内建电势，以实现高光电流和转换效率。
研究成果
该研究成功制备了VGNH/Si和VGNH/Al2O3/Si太阳能电池，通过PEDOT:PSS与HNO3共掺杂实现了10.97%的转换效率。VGNH的高透光率和低电阻特性，结合表面织构化与掺杂工艺，显著提升了器件的光电流及转换效率。该研究提出了一种无需石墨烯转移的可扩展石墨烯基光伏器件制备方法。
研究不足
该研究的局限性在于无界面层的VGNH/Si器件存在高复合率和低内建电势。石墨烯-硅界面的不可控氧化也会影响效率。串联电阻和理想因子表明器件性能仍有改进空间。
1：实验设计与方法选择
本研究制备了含与不含Al2O3界面层的VGNH/Si肖特基结太阳能电池。采用无金属催化剂的等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)生长VGNH。通过测量太阳模拟光下的I-V曲线分析光伏性能。
2：样品选择与数据来源
使用电阻率为1-5 Ω·cm的n型(<100>磷掺杂)裸硅衬底。衬底经标准RCA-1和RCA-2方法清洗，并进行织构化处理以降低反射率。
3：实验设备与材料清单
用于VGNH生长的PECVD系统、用于Al2O3生长的ALD(原子层沉积)腔室、用于形貌观察的FE-SEM(日立SU 8010)、拉曼光谱仪(雷尼绍in-Via，514.5 nm波长)、用于厚度和工作函数测量的AFM(纳米焦点公司)、用于功函数估算的KPFM、用于透射率和反射率测量的UV-VIS-NIR光谱仪(瓦里安Cary 5000)、用于光伏性能测量的太阳模拟器(纽波特)。
4：实验流程与操作步骤
衬底在VGNH生长前先进行清洗和织构化处理。采用ALD沉积Al2O3作为界面层。VGNH在750°C下通过RF放电等离子体的PECVD法生长。金属栅电极通过电子束蒸发器沉积。器件通过PEDOT:PSS和HNO3掺杂以提升性能。
5：数据分析方法
通过测量光照和黑暗条件下的I-V特性分析光伏性能。根据I-V数据计算串联电阻、理想因子和肖特基势垒高度。采用拉曼光谱分析VGNH的结构无序性。
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获取完整内容-
FE-SEM
Hitachi SU 8010
Hitachi
Used for observing the surface morphology of VGNH and substrates.
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PECVD system
Used for the growth of vertical graphene nano hills (VGNH) on silicon substrates.
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ALD chamber
Used for the deposition of Al2O3 interfacial layer on silicon substrates.
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Raman spectroscopy
Renishaw in-Via
Renishaw
Used for analyzing the structural disorder of VGNH.
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AFM
Nanofocus Ltd.
Nanofocus
Used for measuring the thickness and work function of VGNH.
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UV-VIS-NIR spectrometer
Cary 5000
Varian Inc
Used for measuring the transmittance and reflectance of VGNH and substrates.
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Solar simulator
Newport
Newport
Used for measuring the photovoltaic performance of the devices.
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