[发明专利]一种具有光伏效应的钯掺杂碳薄膜材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有光伏效应的材料，用于制造太阳能电池和光敏传感器件。

背景技术

1954年贝尔实验室Chapin等人开发出首个pn结型硅太阳能电池，此后，人们对 无机太阳能电池进行了广泛的研究。

现今，全球能源形势紧张以及二氧化碳排放造成的气候变暖等已严重威胁到经济 发展和人们的正常生活。因此，世界各国都在积极寻求新的能源，以替代传统的石油、 煤炭等传统能源，从而求得可持续发展和在日后的发展中获取优势地位。太阳能以其 清洁、无公害、安全等显著优势，成为关注重点。而且，太阳能是真正取之不尽，用 之不竭的能源。

经过人们的不断努力，出现了以各种不同材料制作的太阳能电池，如以无机盐砷 化镓III-V化合物(公开号CN2349674)、硫化镉、铜铟硒(公开号CN101150151) 等多元化合物为材料的太阳能电池；以功能高分子材料制备的大阳能电池和以纳米多 晶生物薄膜为材料的太阳能电池(公开号CN1414641)等。1991年人们报道了关于染 料敏化纳米晶体太阳能电池的研究(文献Brian O′Regan and MichaelNature， 1991，353：737-740)，研究者以较低的成本得到了大于7％的光电转化效率，开辟了太 阳能电池发展史上一个崭新的时代，为利用太阳能提供了一条新的途径。染料敏化太 阳能电池主要是指以染料敏化多孔纳米结构TiO₂薄膜为光阳极的一类半导体光电化 学电池。目前，染料敏化太阳能电池的光电转化效率已能稳定在10％以上。但染料敏 化太阳能电池还是缺乏对商业产品长期使用的实测数据，而且其大面积制备技术，还 有待发展。

当前，太阳能电池主要以单晶硅和多晶硅太阳能电池为主，约占市场的80％左右。 pn结型硅太阳能电池的制作方法主要是：气体扩散和涂层扩散等。气体扩散是将三氯 氧磷(POCl₃)气体在高温(800～900℃)下向硅片中扩散，形成pn结，([日]滨川 圭弘.太阳能光伏电池及其应用[M].第1版.北京：科学出版社，2008，44.)。涂层 扩散的方法是用含磷的溶液替代气体进行涂层和加热(900℃)以形成pn结。一般 都用第一种方法，然而三氯氧磷是一种有强烈刺激性气味的毒性液体。

由于碳材料具有禁带宽度可调节等优点，近年来人们开始关注碳材料的光生伏特 效应。人们报道了用直流阴极弧方法制备的氮掺杂碳薄膜/硅异质结材料具有光生伏 特效应，在AM1的白光照射下开路电压约为0.2伏特(Appl.Phys.Lett.1994， 64(17)：2297-2299)。研究者用过高温分解和离子束溅射的方法制备碳薄膜/硅异质结 材料，在一个太阳照射下n型碳/p型硅的开路电压为0.147伏特，转换效率为0.26％，p 型碳/n型硅的开路电压为0.213伏特，转换效率为0.44％(Appl.Phys.Lett.2000， 77(10)，1472-1474)。他们优化了结构制作的n型碳/p型碳/p型硅，在一个太阳照射 下开路电压为0.339伏特，转换效率提高到了1.82％。

碳材料太阳能电池的一篇综述文章(Solar Energy Materials and Solar Cells. 2009，93(9)：1461-1470)中提到没有元素掺杂的非晶碳薄膜光敏感性较弱，目前研究 的非晶碳薄膜材料太阳能电池是非金属元素掺杂的非晶碳/硅材料，例如：磷、氮、 硼元素的掺杂。对于金属元素掺杂的非晶碳薄膜太阳能电池鲜有报道。

文献(ACS Nano.2009，3(6)：1407-1414.)报道了单壁碳纳米管/硅异质结材料， 在一个太阳照射下的照射下转换效率为2.7％，用SOCl₂修饰单壁碳纳米管后转换效率 提高到4.5％。但单壁碳纳米管价格昂贵，限制了单壁碳纳米管/硅异质结太阳电池的 应用和发展。

碳材料储量丰富，价格便宜，性质稳定，对人体无毒害，禁带宽度可调节，在太 阳能电池材料方面有很好的应用价值和应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有光伏效应的钯掺杂碳薄膜/二氧化硅/硅材料，用于 构成半导体-氧化物-半导体(SIS)结构或者半导体-半导体异质结。