一種石墨烯硅太陽能電池及制備方法
【專利說明】
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及新能源，新材料領(lǐng)域，具體涉及的是一種石墨稀娃太陽能電池。
【背景技術(shù)】
[0003] 隨著化石能源的枯竭以及大量使用化石能源帶來的環(huán)境污染等問題日益突出，人 們迫切希望尋找可再生，無污染的新能源來替代化石能源。太陽能作為一種可再生清潔無 污染的新能源之一，自21世紀(jì)以來一直是各個國家研究的重點(diǎn)。在目前太陽能電池的市場 中，占據(jù)主流的是硅基太陽能電池，它們具有較高的電池效率和較長的電池壽命等優(yōu)點(diǎn)，但 是高溫?cái)U(kuò)散工藝增加了其電池的生產(chǎn)成本，從而限制了其進(jìn)一步發(fā)展。為了在保持較高效 率的前提下，降低太陽能電池的發(fā)電成本，需要從新材料新結(jié)構(gòu)入手，不斷的研發(fā)新型太陽 能電池。2004年，石墨烯成功的被制備出來，其具有較高的透光率和超高的載流子迀移率等 一系列優(yōu)點(diǎn)，將石墨烯引入到太陽能電池的研發(fā)與設(shè)計(jì)中，成為太陽能電池發(fā)展的一個新 方向。具有完美材料性質(zhì)的石墨烯可以與具有成熟工藝的材料硅形成太陽能電池，這主要 取決于石墨烯的半金屬性質(zhì)，在與N型硅片接觸時，由于兩者功函數(shù)不同會在硅片表面產(chǎn)生 一個內(nèi)建電場形成異質(zhì)結(jié)，從而光照下，光子激發(fā)硅片中發(fā)生載流子躍迀，通過內(nèi)建電場的 分離到兩邊，電子通過硅片內(nèi)部導(dǎo)出到外電路，空穴通過石墨烯透明電極導(dǎo)出到外電路，從 而產(chǎn)生電流，實(shí)現(xiàn)了光能向電能的轉(zhuǎn)換。
[0004] 在石墨烯硅太陽能電池的設(shè)計(jì)中，限制電池轉(zhuǎn)化效率的通常是較差的石墨烯透明 電極的質(zhì)量和較高的硅片表面反射率。在傳統(tǒng)的石墨烯硅太陽能電池的制備方法中，往往 在其表面旋涂一層保護(hù)膠作為轉(zhuǎn)移過程中石墨烯的保護(hù)層，轉(zhuǎn)移到硅片后通過一系列物理 化學(xué)方法將表面的保護(hù)膠去除，但是在去除過程中通常會造成石墨烯的破裂，影響了石墨 烯的完整性;其次在去膠過程中同時也會引入了較多的雜質(zhì)，降低了石墨烯的迀移率;從 而，通過這種方法制備出來的石墨烯方塊電阻較高，質(zhì)量較差，所獲得的太陽能電池的性能 也較差；同時在傳統(tǒng)的石墨烯硅太陽能電池中，由于硅片表面在可見光范圍內(nèi)高達(dá)36%的反 射率，大部分光都會被硅片表面反射從而沒有被吸收，造成較低的量子效率和能量轉(zhuǎn)換效 率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種石墨烯硅太陽能電池及制備方法，所采用的制備方法是通過在轉(zhuǎn) 移過程中不去保護(hù)層（PMMA層)直接轉(zhuǎn)移石墨烯的辦法，這樣就避免了在去保護(hù)層過程中 對石墨烯產(chǎn)生的破壞，可以較好的保留石墨烯的完整性和優(yōu)異的性質(zhì)，其次保留轉(zhuǎn)移的 PMMA層也可以對石墨烯產(chǎn)生P型摻雜，從而增加了石墨烯的功函數(shù)，增大的石墨烯硅太陽能 電池的開路電壓，同時保留轉(zhuǎn)移的PMMA層也具有增透膜的效果，使硅片表面的反射率在可 見光降到了 15%以下，大大的提高了石墨烯硅太陽能電池的量子效率和能量轉(zhuǎn)換效率，同時 通過鼓泡法轉(zhuǎn)移石墨烯，實(shí)現(xiàn)了基底的重復(fù)利用，有效地降低了生產(chǎn)成本，為以后產(chǎn)業(yè)化發(fā) 展提供了方向。
[0006] 為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下： 本發(fā)明所述的一種石墨烯硅太陽能電池，其器件結(jié)構(gòu)從下至上依次包括銅膠帶基底 層，液態(tài)鎵銦合金電極層，N型硅片層，氧化硅層，石墨烯透明電極層，PMMA層，銀導(dǎo)電膠電極 層。
[0007]優(yōu)選地，所述的PMMA層為了滿足高質(zhì)量的轉(zhuǎn)移和增透膜的效果，厚度的范圍控制 在80~120nm之間。
[0008] 優(yōu)選地，所述的石墨烯透明電極層既是太陽能電池的透明電極，同時也與N型硅片 層形成異質(zhì)結(jié)作為太陽能電池的有源區(qū)。
[0009]優(yōu)選地，所述的石墨烯透明電極層是單層或者多層石墨烯。
[0010] 本發(fā)明所述的石墨烯硅太陽能電池的制備方法，包括如下步驟： S1、選用一塊帶有二氧化硅層的N型的硅片層，通過氫氟酸刻蝕正面的二氧化硅層，露 出3cm*3cm的裸硅區(qū)域作為電池的有源區(qū)域，同時刻蝕N型的硅片層的背面由于熱氧化產(chǎn)生 的二氧化硅。
[0011] S2、選用一塊干凈的金屬鉑片作為基底，放入化學(xué)氣相沉積反應(yīng)室，通入甲烷和氫 氣，生長出高質(zhì)量的石墨烯透明電極層。
[0012] S3、在石墨烯透明電極層表面均勻的旋涂一層保護(hù)層PMMA層。
[0013]S4、通過鼓泡轉(zhuǎn)移的方法，將帶有PMMA層的石墨烯透明電極層從基底金屬鉑片上 轉(zhuǎn)移至N型硅片層上的有源區(qū)，金屬鉑片基底可以再次回收利用。
[0014]S5、石墨稀透明電極層轉(zhuǎn)移到N型娃片層上后不去PMMA層，在有源區(qū)外的石墨稀透 明電極層周圍均勻涂上一層銀導(dǎo)電膠層作為外電路測試的第一電極。
[0015]S6、在N型硅片層背面刷上一層液態(tài)鎵銦電極層并與之形成歐姆接觸。
[0016]S7、將石墨烯硅太陽電池通過液態(tài)鎵銦電極層附著到銅膠帶基底上，銅膠帶作為 外電路測試第二電極。
[0017]優(yōu)選地，步驟S2中，所述的石墨烯透明電極層是單層或者多層石墨烯。
[0018]優(yōu)選地，步驟S3中，所述的PMMA層為了滿足高質(zhì)量的轉(zhuǎn)移和增透膜的效果，厚度的 范圍控制在80~120nm之間。
[0019] 優(yōu)選地，步驟S5中，所述的石墨烯透明電極層既是太陽能電池的透明電極，同時也 與N型硅片層作為太陽能電池的有源區(qū)。
[0020] 上述技術(shù)方案可以看出，由于本發(fā)明采用了不去PMMA層直接轉(zhuǎn)移石墨烯的辦法， 這樣就避免了在去膠過程中對石墨烯產(chǎn)生的破壞，可以較好的保留石墨烯的完整性和優(yōu)異 的性質(zhì)，其次保留轉(zhuǎn)移的PMMA層也可以對石墨烯產(chǎn)生P型摻雜，從而增加了石墨烯的功函 數(shù)，增大的石墨烯硅太陽能電池的開路電壓，同時保留轉(zhuǎn)移的PMMA層也具有增透膜的效 果，使硅片表面的反射率降到了 15%以下，大大的提高了石墨烯硅太陽能電池的量子效率和 能量轉(zhuǎn)換效率，同時通過鼓泡法轉(zhuǎn)移石墨烯，實(shí)現(xiàn)了基底的重復(fù)利用，有效地降低了生產(chǎn)成 本，為以后產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了方向。
[0021 ]【附圖說明】： 為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例并結(jié)合附 圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，需要說明的是，附圖只是為了便于理解，并不是與實(shí)際 結(jié)構(gòu)等比例的，其中： 圖1-圖5是本發(fā)明所述的石墨烯硅太陽能電池在制備過程中的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中附圖 標(biāo)記表示為：1-液態(tài)鎵銦電極層，2-銅膠帶基底層，3-N型硅片層，4-二氧化硅層，5-石墨烯 層，6-PMMA層，7_銀導(dǎo)電|父層。
[0022] 圖6是去除PMMA保護(hù)層和保留PMMA保護(hù)層的石墨烯硅太陽能電池的反射率圖。
[0023]圖7是去除PMMA保護(hù)層和保留PMMA保護(hù)層的石墨烯硅太陽能電池的電流電壓關(guān)系 曲線圖。
[0024]實(shí)施例： 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方 式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0025]本發(fā)明可以以許多不同的形式實(shí)施，而不應(yīng)該被理解為限于在此闡述的實(shí)施例。 相反，提供這些實(shí)施例，使得本公開將是徹底和完整的，并且將把本發(fā)明的構(gòu)思充分傳達(dá)給 本領(lǐng)域技術(shù)人員，本發(fā)明將僅由權(quán)利要求來限定。
[0026]所述一種石墨烯硅太