[发明专利]一种基于石墨烯/硅肖特基结的光伏电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米碳材料器件与应用领域，特别涉及一种基于石墨烯/ 硅肖特基结的光伏电池及其制备方法。

背景技术

在太阳能利用领域，硅是最具商业价值的光伏材料。然而，高能耗、 噪音、废料、污染是其所面临的几大问题。近年来其负面作用日益凸现， 相关技术和产业已经开始出现瓶颈效应。目前，人们正在全力寻找可以替 代硅的新材料，开发新技术，以减少硅的使用率，制造效率更高、更环保 的光伏电池。

在寻找新材料和新技术的过程中，纳米材料与纳米技术是目前的研究 重点之一。碳纳米管、石墨烯等纳米材料具有与硅相媲美或更优异的性能。 碳纳米管p-n结(N.M.Gabor，et al.Science 2009，325，1367-1371)、碳纳米 管/硅异质结(专利号：200610169827.0；Y Jia，et al.Adv.Mater.2008，20， 4594-4598)和碳纳米管/GaAs异质结(C.W.Liang，et al.Nano Lett.2008，8， 1809-1812)都显示出一定的光伏效应。然而，对于碳纳米管而言，现有制 备技术存在的局限性成为其走向产业化的一个重要障碍，尚无法对碳管的 手性进行精确控制，无法合成光伏性能可控的碳纳米管宏观结构。碳纳米 管作为太阳能电池中薄膜电极材料亦存在缺点，例如需要纯化等后处理工 艺，由管束形成的网络结构存在较大的空隙，表面粗糙度大，电导率存在 理论上限(L.F.C.Pereira，et al.Appl.Phys.Lett.2009，95，123106)，已无进 一步提升的空间。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于石墨 烯/硅肖特基结的光伏电池及其制备方法，采用石墨烯与硅构成肖特基结为 基础构建光伏电池，充分利用石墨烯薄膜的二维结构及优异的透光性、导 电性和光伏特性，本发明的光伏电池降低了硅的使用率，且组装工艺简单、 成本低，适于规模化应用。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于石墨烯/硅肖特基结的光伏电池，其特征在于，包括钛钯银 TiPdAg背电极4，钛钯银TiPdAg背电极4上放置有n型单晶硅片n-Si3， n型单晶硅片n-Si 3上放置有二氧化硅SiO₂层2，二氧化硅SiO₂层2中间 开有通孔，二氧化硅SiO₂层2上放置有环形的金膜1，金膜1的内孔、SiO₂层2中间的通孔和n型单晶硅片n-Si 3的上表面形成台阶孔，钛钯银 TiPdAg背电极4一端引出导线，在台阶孔表面平铺有石墨烯薄膜5，石墨 烯薄膜5一端引出导线。

一种基于石墨烯/硅肖特基结的光伏电池的制备方法，包括以下步骤：

一、先将钛钯银TiPdAg背电极4、n型单晶硅片n-Si 3、环形的二氧 化硅SiO₂层2和环形的金膜1从下往上层叠式放置，金膜1的内孔、二 氧化硅SiO₂层2中间的通孔和n型单晶硅片n-Si 3的上表面形成台阶孔；

二、采用直接转移、甩膜、喷涂、浸沾、过滤的方法将石墨烯或石墨 烯的有机悬浊液平铺在台阶孔表面上，干燥后的石墨烯薄膜5与基底电极 上的n-Si紧密结合；石墨烯薄膜5一端引出导线做为光伏电池的正极，钛 钯银TiPdAg背电极4一端引出导线做为光伏电池的负极。

同现有异质结光伏电池相比，本发明具有以下几个优点：

1.石墨烯具有优异的透光性和导电性。单层石墨烯的可见光透射率高 达97.7％，导电率为10⁶～10⁷S/m，综合性能优于现有材料；

2.同碳纳米管的一维结构不同，石墨烯薄膜在二维空间光滑连续，可 实现同硅的紧密接触，覆盖率为100％；

3.石墨烯薄膜可由单层、双层、多层或混合层数的石墨烯连续或相互 搭接而成，即使个别层片存在缺陷，也不会明显影响薄膜整体导电性；

4.采用石墨烯取代现有技术中的上层单晶硅，相比现有的光伏电池， 工艺简化、成本降低，石墨烯可以由化学气相沉积法、液相剥离法等目前 通用的方法制备得到，材料制备技术成熟，来源广泛。