[发明专利]一种石墨烯径向异质结太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种石墨烯径向异质结太阳能电池及其制备方法。

背景技术

太阳能作为一种可再生能源，被认为是能有效替代化石燃料的一种新型能源。同时，全球对太阳能的需求逐年增加。太阳能电池是一种有效的光电转换器件，被认为是能有效保护环境，有效利用清洁能源，最有前途的新型技术之一。而太阳能电池的效率和制作成本是限制太阳能电池发展的两个关键因素，因此，为了提高太阳能电池的效率并降低其制造成本，近几年来各种太阳能电池技术和新型结构相继涌出。异质结太阳能电池作为一种高效率太阳能电池有望成为未来太阳能电池产业化的主导方向，而径向结太阳能电池作为一种新型结构有很大的发展前景，石墨烯作为一种新型导电材料在太阳能电池上有很广阔的应用范围。

异质结太阳能电池是日本三洋公司创造的一种高效太阳能电池，据文献【Kinoshita，T.；Fujishima，D.；Yano，A.The approaches for high efficiency HITTM solar cell with very thin(＜100μm)silicon wafer over23％.The 26th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition，Hamburg，Germany，2011：871-874】报道其效率目前已达23.7％。异质结太阳能电池在制造工艺中利用了薄膜工艺的优势，结合了非晶硅和晶体硅材料的特点，该太阳能电池的最大优势是低温工艺，对硅衬底的要求较低，同时有利于硅衬底的减薄，有效地节省了太阳能电池的制作成本，高的稳定性，电池性能不会随温度升高而衰减，不会出现类似非晶硅太阳能电池的因光照而衰退的现象，且其制备工艺简单，同时低温工艺不仅有利于节约能源，而且可以优化器件特性，避免了高温处理过程中可能产生的性能退化。

径向结太阳能电池其对光的吸收发生在轴向，可以有效地提高光的利用，同时载流子的分离发生在径向，减少输运距离，减少电子空穴的复合，有效提高载流子的收集效率，从而显著地提高了太阳能电池的短路电流和转换效率。

石墨烯是一种新型发展起来的具有良好透光性和导电性的材料，其在室温下具有高速的电子迁移率，达1.5×10⁴cm²·V^-1·s^-1，文献【Becerril，H.A.；Mao，J.；Liu，Z.F.；Stoltenberg，R.M.；Bao，Z.N.；Chen，Y.S.Evaluation of Solution-Processed Reduced Graphene Oxide Films as Transparent Conductors.ACSNano，2008，2(3)：463-470】中指出，作者等人把石墨烯氧化物旋涂到石英表面并对其进行热还原处理后，其电导率为10²S·cm-1，并且在400-1800nm波长范围内透光率可达80％，表明该材料有很好的透光导电性，因此有很大的潜能应用于太阳能电池上，可以用来替代ITO作为透明导电氧化膜。

据此，本发明设计了一种石墨烯径向异质结太阳能电池，该太阳能电池充分结合了异质结和径向结太阳能电池的优势，提高载流子收集效率的同时利用异质结界面的优化性能减少复合效应，有效提高太阳能电池的转换效率，间接地降低太阳能电池的生产成本，且利用石墨烯的透光导电性提高了短路电流的收集效率，同时该电池的制作工艺温度较低，利用薄膜制造工艺的优势又发挥了晶硅非晶硅材料性能的优点，适合大规模推广。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明结合了异质结太阳能电池和径向结太阳能电池的优势，在完全与已有的太阳能电池制备工艺兼容的前提下，提出创新结构及工艺流程，提供了一种石墨烯径向异质结太阳能电池及其制备方法，利用掠角沉积法在单晶硅纳米柱上生长钝化膜、反型非晶硅薄膜、石墨烯和TCO膜，形成由内至外的p(n)-C-Sia/a-Si钝化膜/n(p)-a-Si/石墨烯/TCO径向结构(如图1)，最后在电池顶端制作金属栅线作为电极，在电池的底端制作背场，通过这种新型结构以期提高太阳能电池的转化效率、降低成本。

(二)技术方案