[实用新型]一种石墨烯太阳能电池

说明书

技术领域

本实用新型涉及太阳能电池的技术领域，尤其是指一种石墨烯太阳能电池。

背景技术

随着现代工业的发展，全球能源危机和大气污染问题日益突出，太阳能作为理想的可再生能源受到了越来越多国家的重视，开展太阳能电池研究、发展光伏发电产业对国家能源的可持续发展具有非常重要的意义。太阳能电池的面临的主要问题为光电转换效率较低，性价比不高，不能满足大规模民用的需求。目前，商用单晶硅电池的转化效率约为16%-20%，多晶硅电池约为14%-16%；Ge衬底上外延生长晶格匹配的GaInP/GaAs/Ge三结太阳能电池500倍聚光下转化效率超过41%，远高于晶硅电池，且具有进一步提升空间。

太阳能电池的栅线和电极起收集和传输光生载流子的作用，优化栅线和电极结构与工艺是提高太阳能电池效率的重要技术方向之一。目前，大多采用沉积金属并高温退火形成欧姆接触来制作多节太阳能电池表面栅线和电极。但是，不透明的金属栅线会反射和吸收入射光线，从而减小太阳能电池的有效受光面积，进而降低单片电池输出功率。通常情况下，栅线遮挡面积约占电池有效受光面积的5%～15%。为了减少栅线和电极对光能的吸收和反射，有效利用更多光能，透明栅线和电极的相关研究成为太阳能电池技术领域热点之一。另外，较厚的金银等贵金属电极也加大了太阳能电池芯片的制备成本，减少其使用量意义重大。

目前常用的透明电极材料是ITO（氧化铟锡），且已具备商业标准。而在实际应用中，ITO的化学稳定性较差、满足电学性能需要的ITO薄膜光吸收只有85%左右。且随着稀土元素In的不断开发利用，ITO将越来越昂贵，选择一种其替代材料显得非常必要。石墨烯是目前已知最薄（单原子层厚度约0.34nm）、却最坚硬的纳米材料（杨氏模量1TPa，固有强度130GPa））几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，导热系数高达5300W/m··K，室温电子迁移率大于15000cm²/V·s，均高于碳纳米管和金刚石，电阻率仅为10^-6Ω·cm，为目前世上电阻率最小的材料。同时，石墨烯拥有极高的气密性，任何气体完全不能透过。在石墨烯中，电子能够极为高效地迁移，远高于硅和铜等传统的半导体和导体。由于电子和原子的碰撞，传统的半导体和导体用热的形式释放了一些能量，石墨烯则不同，它的电子能量不会被损耗，这使它具有了非比寻常的优良特性。因为它的电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体，也适合用来制造透明触控屏幕、光板等。同时，它的高透光性和良好的导电性也非常适合作为透明导电层。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种石墨烯太阳能电池，利用石墨烯材料的高电导率和高透光性，可以有效地缓解目前太阳能电池存在的栅线遮挡面积占电池有效受光面积较大、电极贵金属成本较高等问题。

为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种石墨烯太阳能电池，包括有增透膜、多层石墨烯正面电极、单层石墨烯栅线、外延片、多层石墨烯背面电极，其中，所述增透膜、单层石墨烯栅线、外延片、多层石墨烯背面电极从上至下依次层叠设置；所述多层石墨烯正面电极对应设置在外延片上，并与所述单层石墨烯栅线处于外延片的同一侧面；所述多层石墨烯正面电极围着单层石墨烯栅线所形成的区域，并与其相连接；所述多层石墨烯正面电极上设置有金属接触点，并通过所述金属接触点引出金属引线。

所述单层石墨烯栅线的宽度为2～15um，栅线间距为80～150um。

所述多层石墨烯正面电极和多层石墨烯背面电极的厚度为1.5～20um。

所述外延片为单节或多节结构，其所用材料为Si、Ge、InAs、GaAs、GaInAsN、ZnSeS、GaInP、InGaN、AlGaInP中的一种或几种组合，其衬底所用材料为Si、Ge、SiC、Al₂O₃中的一种。

所述增透膜为多层结构，其为MgF₂/ZnS、Ta₂O₅/A1₂O₃、Ta₂O5/SiO₂、TiO₂/SiO₂中的一种。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：