[发明专利]一种Pt‑GFW/SiO2/n‑Si异质结材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于提升薄膜太阳能电池材料及光电器件性能的方法，属于材料技术领域，特别涉及一种提升石墨烯、硅异质结太阳能电池性能Pt-GFW/SiO₂/n-Si异质结材料及其制备方法。

背景技术

能源短缺和环境问题得到越来越多的重视，光伏发电因可以将太阳能的光能直接转换为电能而备受关注。光伏发电技术的研究始于100多年以前。1839年法国物理学家贝克勒尔（A.E. Becqurel）意外地发现，用两片金属侵入溶液构成的伏打电池，光照时会产生额外的伏打电势，他把这种现象称为“光生伏打效应”（photovoltaic effect）。半导体P-N结器件在阳光下的光电转换效率最高，通常称这种光伏器件为太阳能电池。Rusop通过PLD的方法制备了B掺杂的非晶碳膜/硅异质结太阳能电池。

石墨烯硅异质结太阳能电池器件因其制备方法多样，材料便宜易得，无毒无害，光伏性能性稳定等优点成为光伏材料的有力候选者。Xinming Li , Hongwei Zhu , Kunlin Wang , Anyuan Cao , Jinquan Wei , Chunyan Li ,Yi Jia , Zhen Li , Xiao Li , and Dehai Wu，Advanced Materials，2010, 22: 2743–2759.报道了用化学气象沉积方法（CVD）制备石墨烯并制备石墨烯太阳能电池的方法。文献中提到的这种器件对可见光的响应较弱。文献Yumeng Shi, Ki Kang Kim, Alfonso Reina, Mario Hofmann, Lain-Jong Li, and Jing Kong, ACS Nano, 2010, VOL. 4 ，NO. 5， 2689-2694报道了一种在石墨烯表面负载金纳米颗粒的方法从而提升石墨烯、硅太阳能电池的效率。文献Zhen Li, Peng Zhang, Kunlin Wang, Zhiping Xu, Jinquan Wei, Lili Fan, Dehai Wu and Hongwei Zhu, Journal of Materials Chemistry, 2011, 21: 13241–13246报道了使用激光照射的方法，在石墨烯表面沉积金属。

发明内容

本发明的目的是提升石墨烯太阳能电池在室温条件下对可见光的响应，提供了一种具有白光光伏效应的Pt-GFW/SiO₂/n-Si异质结材料。该异质结材料为层状，在n-Si（100）基片上依次设置有氧化硅层，和负载了铂纳米颗粒的石墨烯网层，n-Si（100）基片下还设置有金属电极Ti/Au。

    所述的负载了铂纳米颗粒的石墨烯网层中，铂原子与碳原子的摩尔比为2:98。氧化硅层的厚度为1.5-3.0纳米。

    所述的负载了铂纳米颗粒的石墨烯网层的厚度为10-20纳米，其中，石墨烯网层数为2~10层。

    本发明还公开了一种Pt-GFW/SiO₂/n-Si异质结材料的制备方法，包括如下步骤：

1）将铜网在氩气气氛中从室温加热到1000℃（铜网在氩气气氛中从室温加热到1000℃的升温速率为10-20℃/min。），在1000℃条件下通入氢气，30分钟后，再通入氩气、氢气、甲烷的混合气体（氩气、氢气、甲烷的混合气体的体积比为200：2：30。），反应10~20分钟，再在氩气保护下，降温至室温，将生长了石墨烯网的铜网用硝酸铁溶液刻蚀后用去离子水清洗，得到石墨烯网；

2）将n-Si（100）基片用丙酮、氢氟酸清洗除去表面的氧化层后，将步骤1）中的石墨烯网转移到硅基片上，在室温下自然氧化15-20小时后形成SiO₂层，再用银胶、银线做为电极，得到GFW/n-Si；

3）将0.1~100mmol/L的高铂酸溶液滴加在GFW/n-Si上，并用能量密度为100mW，波长为405nm的激光，照射100~1000秒，最后将多余的高铂酸溶液除去，得到Pt-GFW/SiO₂/n-Si异质结材料。