[发明专利]氟化石墨烯作为高阻层的太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池新，具体地涉及一种以氟化石墨烯薄膜为高阻层的太阳能电池及其制备方法。

背景技术

近年来，石墨烯以其独特的二维纳米结构和优异的电学和热学性能，吸引了广大的科学研究者的关注。石墨烯的功能化产生了石墨烯衍生物，拓宽了石墨烯的广泛应用领域。石墨烯的衍生物包括氧化石墨烯，氢化石墨烯和氟化石墨烯。新型氟化石墨烯通常用水热法、物理剥离法或等离子体法制得。在氟化石墨烯表面，氟原子与碳原子以共价键的形式结合，将石墨烯从二维变为三维结构，也使得其完成了从导体到向半导体或绝缘体的转变。在氟化过程中，如果石墨烯只有一面暴露在氟源中，氟原子的覆盖率到达25%（C₄F），能带隙增加为2.93eV，而当石墨烯两面都暴露在氟源中，氟原子的覆盖率为100%（CF）时，能带隙为3.07eV。

氟化石墨烯是目前已知的最薄的绝缘体，透光率高，且化学、热力学性能稳定、表面能低，可应用在纳米电子器件、光电子器件、以及热电装置等领域可作为。此外，氟化石墨烯耐高温、耐腐蚀、耐摩擦等特性，所以可以作为钝化层，抑制金属薄膜表面被氧化也可以阻挡不同薄膜之间的原子的扩散。

以碲化镉薄膜太阳能电池为例，硫化镉（CdS）窗口层为重掺杂N型区，碲化镉（CdTe）吸收层为轻掺P型区，形成了异质结结构。当光照射到太阳能电池上，在PN结处会产生电子空穴对，将光能转换成电能。为了提高光能转换效率，透明导电薄膜电极（TCEs）要具有较高的透光率，使得更多的光能传送到PN结。另外，硫化镉通常厚度较薄而碲化镉较厚，使得内部电场集中在碲化镉区域，以促进在CdTe层产生的电子空穴对的分离。然而当硫化镉厚度较薄时，硫化镉薄膜产生针孔效应，即出现不连续的区域，导致了CdTe和前电极TCE之间的直接接触，产生过多的分流，影响了太阳能电池的效率。通常解决这个问题的方案是在透明电极和硫化镉薄膜之间增加一层本征氧化物（如i-ZnO）高阻层。但是，以高阻层为氧化锌为例，氧化锌薄膜的有效厚度范围为80-200nm，不利于在CdTe/CdS形成的异质结处产生的电子遂穿通过氧化锌到达前电极。此外，它的透光率也是有一定的限制（~81%）。

发明内容

鉴于以上所述技术存在的缺陷，本发明目的：提供一种氟化石墨烯作为高阻层的太阳能电池，在太阳能电池中，以0.34~20nm厚的氟化石墨烯薄膜代替本征氧化物作为高阻层。该太阳能电池具有更好的光传输率，提高了太阳能电池的光转换效率。

本发明的技术方案是：

一种氟化石墨烯作为高阻层的太阳能电池，所述太阳能电池包括从下到上依次为作为背电极的金属薄膜层、背接触层、吸收层、窗口层、氟化石墨烯高阻层和透明导电薄膜层。

优选的，所述氟化石墨烯高阻层的厚度为0.34-20nm。

优选的，所述氟化石墨烯薄膜由以下步骤制备得到：

（1）在冰水浴中将石墨粉、硝酸钠和浓硫酸混合均匀，然后加入高锰酸钾，搅拌；

（2）将（1）中的混合液加温至35-50⁰C，持续搅拌5-8h，然后加入高锰酸钾，保持温度，反应8-14h；

（3）将上述液体冷却至室温，然后加入过氧化氢溶液反应；

（4）待反应结束，将溶液离心，取出沉淀，用去离子水、盐酸和无水乙醇的混合溶液进行过滤，最后干燥，研磨，得到氧化石墨烯粉；

（5）在得到的氧化石墨烯粉中加入去离子水，经过超声处理得到氧化石墨烯分散液；

（6）将上述分散液加入带有聚四氟乙烯的内衬的水热釜内，同时加入氢氟酸，将水热釜密封，并置于烘箱内，待反应完成，冷却至室温；

（7）最后过滤、洗涤、烘干，得到氟化石墨烯薄膜。

优选的，所述步骤（1）中的高锰酸钾与步骤（2）中的高锰酸钾的重量相等，其中步骤（1）的高锰酸钾等分后依次缓慢加入混合液中，步骤（2）的高锰酸钾一次性加入混合液中。

优选的，所述盐酸和过氧化氢溶液的浓度都为30%。