[发明专利]一种石墨烯/砷化镓太阳电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能技术领域，尤其涉及一种石墨烯/砷化镓太阳电池的制备方法。

背景技术

近年来，全球环境和能源问题已日益严峻，太阳电池作为一种可再生绿色新能源在人类可持续发展中起到至关重要的作用。太阳电池是利用光生伏特效应将光能转化为电能的装置，主要可分为硅基太阳电池和化合物半导体(如GaAs、CdTe、CuInSe₂等)太阳电池两大类，其中以基于GaAs的Ⅲ-Ⅴ族化合物为典型代表的半导体太阳电池因其具有高转换效率、高可靠性、长寿命、小型轻质等特点，在航天空间领域备受青睐。

一方面，自2004年英国曼彻斯特大学物理学教授Geim等发现石墨烯，便掀起了世界各国科学家研究石墨烯的热潮。石墨烯作为新型碳纳米材料具有优异的光学、电学特性，如极高的载流子迁移率、高透光性、高导电率等，因此石墨烯材料可以作为太阳电池的异质结、透明导电窗口层和电极而应用于光伏发电领域。目前，已有大量关于石墨烯/硅异质结太阳电池的研究报道，但测得其最高光电转化效率仍明显低于市场主流的硅基太阳电池效率。

另一方面，对应于砷化镓太阳电池来说，砷化镓属于Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料，与硅不同，它是带隙宽度为1.42eV的直接带隙材料，具有优异的光谱响应特性，有着更高的光电转化效率。在传统的砷化镓太阳电池制备工艺中，虽然重掺杂的砷化镓帽子层能够与正电极形成良好的欧姆接触，但是增加了光生载流子的复合中心，造成较大的串联电阻和复合电流，此外，密集的正面电极栅线会造成较大遮光损失，从而进一步制约了的砷化镓太阳电池光电转化效率的提高。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种石墨烯/砷化镓太阳电池的制备方法，制备的石墨烯/砷化镓太阳电池具有较高的光电转化效率。

本发明提供了一种石墨烯/砷化镓太阳电池的制备方法，包括以下步骤：

1)将石墨烯转移至砷化镓外延片表面的窗口层表面，形成石墨烯层；

2)在石墨烯层表面制备重掺杂砷化镓帽子层；

3)在砷化镓外延片衬底表面制备背面电极，在重掺杂砷化镓帽子层表面制备正面电极；

4)采用化学腐蚀法腐蚀正面电极栅线间的重掺杂砷化镓帽子层，露出石墨烯层，在所述露出的石墨烯层表面制备减反层。

在本发明的某些具体实施例中，所述石墨烯层的石墨烯为1～10层。

在本发明的某些具体实施例中，所述步骤1)中，石墨烯层的转移方法为湿法转移法、干法转移法、电化学转移法中的任意一种或几种。

在本发明的某些具体实施例中，所述步骤1)之前还包括，将砷化镓外延片放入化学清洗液中水浴加热进行表面清洗，取出后吹干。

在本发明的某些具体实施例中，所述化学清洗液为丙酮、异丙醇、无水乙醇、盐酸、硫酸、氨水、双氧水和去离子水中的一种或几种。

在本发明的某些具体实施例中，所述步骤4)中，化学腐蚀法的腐蚀液为氨水、双氧水、柠檬酸、柠檬酸钾和磷酸中的一种或几种。

在本发明的某些具体实施例中，所述砷化镓外延片的结构为单结或多结联级结构。

在本发明的某些具体实施例中，所述砷化镓外延片的结构为单结砷化镓/砷化镓、单结砷化镓/锗、双结镓铟磷/砷化镓、双结镓铟磷/镓铟磷、双结铝镓铟磷/砷化镓、双结铝镓铟磷/铟镓磷、三结镓铟磷/砷化镓/锗、三结铝镓铟磷/砷化镓/锗、三结镓铟磷/铟镓砷/锗和三结铝镓铟磷/铟镓砷/锗中的任意一种或多种。

在本发明的某些具体实施例中，所述背面电极为金、锗、镍、银、铝、钯、钛、铬、铜、氧化铟锡和铝掺杂氧化锌中的一种或几种的复合电极；所述正面电极为金、锗、镍、银、铝、钯、钛、铬、铜、氧化铟锡和铝掺杂氧化锌中的一种或几种的复合电极。

在本发明的某些具体实施例中，所述减反层为ZnS、Al₂O₃、MgF₂、TiO₂、SiO₂和Si₃N₄中的一种或几种材料复合而成。