[实用新型]一种石墨烯/砷化镓太阳电池

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种太阳电池，尤其涉及一种石墨烯/砷化镓太阳电池，属于太阳能技术领域。

背景技术

近年来，太阳电池作为一种新型绿色能源正在人类的可持续发展中起到越来越重要的作用。其中，硅基太阳电池，特别是晶体硅太阳电池占据市场~90%的份额。但与常规发电相比，太阳电池发电成本仍然较高，限制了大面积应用。太阳电池发电成本较高的原因之一是电池制造成本较高，另外一个主要原因是其光电转化效率较低。

自从石墨烯材料在2004年首次被稳定制备出来以后，越来越多的研究发现石墨烯材料具有优异的电学、光学性质，如极高的载流子迁移率、高透光新、高的杨氏模量等。这些独特的性质使石墨烯有可能广泛的应用于光伏发电领域。目前，已有研究者利用石墨烯以及硅材料形成的异质结做成太阳电池，测得最高转化效率14.5%。这个效率与目前晶体硅太阳电池单晶硅主流成产效率18.5%~20.0%相比还比较低。对应太阳电池应用来说，硅材料禁带宽度较窄，同时是间接禁带，不是最理想的基础材料。砷化镓具有较合适的禁带宽度，也是直接带隙材料，同时还具有比硅更高的载流子迁移率，因此，空间高效率太阳电池一般采用砷化镓材料制造。但传统的砷化镓太阳电池制备工艺复杂，成本高昂，难以获得大范围推广。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种光电转化效率高、工艺简单且成本较低的石墨烯/砷化镓太阳电池。

本实用新型的石墨烯/砷化镓太阳电池自下而上依次有背面电极、n型掺杂或p型掺杂的砷化镓层、石墨烯层和正面电极，其中石墨烯为1～10层。

本实用新型的石墨烯/砷化镓太阳电池的制备方法，包括如下步骤：

1）在n型掺杂或p型掺杂的砷化镓片的一面制作背面电极；然后放入化学清洗液中浸泡1~30分钟进行表面清洗，取出后吹干；

2）将石墨烯转移至上述砷化镓片的另一个面上；

3）在石墨烯上制作正面电极。

上述技术方案中所述的石墨烯可以为1~10层。

步骤1)中所述的化学清洗液可以为HCl、HNO₃、H₂SO₄、KOH或NaOH的水溶液。

所述的背面电极可以是金、钯、银、钛、铜、铂、铬、镍、ITO（氧化铟锡）和AZO（铝掺杂氧化锌）中的一种或几种的复合电极。

所述正面电极也可以是金、钯、银、钛、铜、铂、铬、镍、ITO（氧化铟锡）和AZO（铝掺杂氧化锌）中的一种或几种的复合电极。

本实用新型与背景技术相比具有的有益效果是：

相较于石墨烯/硅太阳电池而言，本实用新型的石墨烯/砷化镓太阳电池利用石墨烯材料的高载流子迁移率、高透光性及高导电性，以及由于石墨烯/砷化镓能带结构的影响有利于获得更高的开路电压及转化效率；且本实用新型的石墨烯/砷化镓太阳电池的制备工艺简单，成本较低，有利于产业化应用。

附图说明

图1为石墨烯/砷化镓太阳电池的示意图；

图2为石墨烯/砷化镓（n型掺杂）太阳电池的能带示意图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本实用新型。

参照图1，本实用新型的石墨烯/砷化镓太阳电池自下而上依次有背面电极1、n型掺杂或p型掺杂的砷化镓层2、石墨烯层3和正面电极4，其中石墨烯为1～10层。

实施例1：

1）在n型掺杂的砷化镓片的一面利用电子束蒸发法沉积金电极；然后浸入质量浓度10%的NaOH水溶液中1分钟进行表面清洗，之后取出吹干；

2）将单层石墨烯转移至表面清洁的砷化镓片的另一个面上；

3）在石墨烯上利用热蒸发工艺沉积银电极，得到石墨烯/砷化镓太阳电池。

最终得到的石墨烯/砷化镓太阳能电池的基本原理基于石墨烯和砷化镓形成的肖特基结，由图2所示的石墨烯/ n型掺杂砷化镓太阳电池的能带示意图可见，砷化镓具有合适的禁带宽度将太阳能转化为电能，石墨烯的功函数大于n型掺杂的砷化镓的功函数，在两个材料相接触时就会形成肖特基结，结势垒由两个材料的功函数的差值决定。

实施例2：    

1）在p型掺杂的砷化镓片的一面利用磁控溅射沉积钯电极；然后浸入质量浓度20%的HCl水溶液中15分钟进行表面清洗，之后取出吹干；

2）将10层石墨烯转移至表面清洁的砷化镓片的另一个面上；

4）在石墨烯上利用热蒸发工艺沉积镍电极，得到石墨烯/砷化镓太阳电池。

实施例3：