[发明专利]一种纳米硅基石墨烯太阳能电池的制备方法

权利要求书

1.一种纳米硅基石墨烯太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

（1）硅片预处理：将洗净的硅片四周进行胶封，留出待处理窗口，然后置于1~40wt%的HF酸溶液中浸泡1~60min去除窗口表面的氧化层；

（2）硅纳米线阵列引入：采用金属纳米颗粒辅助刻蚀法，在窗口表面引入具有亚波长结构的硅纳米线阵列；

（3）硅纳米线的表面钝化处理：采用表面化学钝化或场钝化对硅纳米线阵列表面进行钝化；

（4）对硅纳米线表面进行量子点修饰：采用化学沉积法在硅纳米线表面形成金属量子点修饰，或采用旋涂法在硅纳米线表面形成石墨烯量子点修饰；

（5）石墨烯或碳纳米管的填充：采用旋涂法将石墨烯碎片或碳纳米管填充到硅纳米线间隙，填充完后在50~100℃烘烤0.1~12h；

（6）窗口周围导电层引入：将硅纳米线阵列遮挡，去除窗口四周胶封露出氧化层，采用物理气相沉积技术在窗口周围氧化层表面引入导电层并与硅片形成良好接触；

（7）片层石墨烯转移：去除硅纳米线阵列的遮挡，采用湿法转移技术将大面积的片层石墨烯转移到硅纳米线阵列表面；

（8）电极接入：对硅基底背面进行打磨除去氧化层，涂抹In-Ga合金或导电银浆并粘附在导电铜片上作为硅基底的欧姆电极，用银浆在窗口四周和铜片上用导线引出，完成电池制备。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）引入的硅纳米线长度为0.1～20μm，硅纳米线的直径为10～500nm，硅纳米线之间的间距为50～1000nm。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）采用化学钝化时所用钝化剂为碘酒、溴酒、甲基基团中的任意一种，采用场钝化时所用钝化剂为Al₂O₃、TiO₂、SiN_x、SiO₂、a-Si:H中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）制备的钝化层厚度为5~200nm。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）采用化学沉积法在硅纳米线表面形成金属量子点修饰时，选取的体系为金属盐/HF酸溶液，HF酸浓度为0.1～40wt%，金属盐为AgNO₃、KAuCl₄、HAuCl₄、K₂PtCl₆、H₂PtCl₆、PdCl₂中的任意一种，金属盐/HF酸溶液浓度为1μmol/L～10mol/L；沉积时间为1～600s；金属量子点的直径为1~50nm。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）采用旋涂法在硅纳米线表面形成石墨烯量子点修饰时，将石墨烯量子点分散于有机溶剂中，滴到硅纳米线，在500~4000r/min的高速旋转中实现对硅纳米线表面的修饰，选取的有机溶液为易挥发的有机溶剂，石墨烯量子点直径为1~50nm，修饰完后在50~100℃烘烤0.1~5h。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（5）具体方法为：将石墨烯碎片或碳纳米管分散于有机溶剂中，滴到硅纳米线，在500~4000r/min的高速旋转中实现其对硅纳米线间隙的填充；石墨烯碎片的直径为50nm~1μm；碳纳米管可以为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管，直径为1~100nm，长度为0.01~1000μm。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（6）所述物理气相沉积技术包括真空蒸镀、溅射镀、等离子体镀，镀层材料为金属导体材料，导电层厚度为5~100nm。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，镀层材料为Au、Pt、Pd、Ti、Cu中的任意一种或几种。