[发明专利]一种基于石墨烯硅倒金字塔阵列肖特基光伏电池制造方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，一种石墨烯硅倒金字塔阵列肖特基结光伏电池制备方法。

背景技术

随着全球环境污染日益加剧和能源形势的日趋紧张，能源问题逐渐受到世界各国的重视。目前，能源主要由石油和煤炭等传统化石燃料组成，但这些能源均属于不可再生能源，其日益减少的存储量难以满足人类日渐增长的需求量，为了可持续发展，可再生能源越来越受到人类的关注。其中，太阳能的能量巨大，取之不尽，用之不竭，分布范围广，适合全球大部分地区利用，使用材料安全可靠，无环境污染，具有很大的开发利用前景。太阳能光伏电池是基于光生伏特效应，直接将光能转化为电能。目前光伏电池多数是基于单晶硅的太阳能电池，但其制备过程中需在1000 ℃左右高温条件下制备p-n结，工艺相对复杂，制造成本一直居高不下，因此，制备新型低成本高效电池具有十分重大的意义。

2010年第一块石墨烯硅肖特基结光伏电池诞生，其光电转换效率为1.65%。虽然光电转换效率较低，但其结构简单，制备容易，成本低廉，环保等优点使其在光伏电池中具有较大发展的潜能。文献中石墨烯硅肖特基结采用平面结构，而平面结构往往不能有效地利用入射光能量，例如：平面硅在可见光范围内的反射率高达30%以上，造成了大量光能的损失。针对这一情况，采用非平面结构能够有效地降低入射光的反射，当硅衬底不是平面而是硅倒金字塔阵列时，光线入射到倒金字塔阵列表面，入射光线可在倒金字塔面进行多次反射，增长了光的传播路径，增强了半导体对入射光的吸收，从而有利于提高光伏电池的能量转换效率，另外，由于石墨烯具有良好的柔韧性，可以倒金字塔状孔洞形成良好接触，增大了有效肖特基结面积，产生更多的光生载流子，有利于提高太阳能电池的能量转换效率。

发明内容

针对现有技术存在的问题及不足，提高电池光电转换效率，本发明提供一种石墨烯硅倒金字塔阵列肖特基结光伏电池制备方法。石墨烯硅倒金字塔阵列肖特基结光伏电池，利用半导体自身特点而不引入其他材料，制备简单，成本低廉，既降提高了太阳光能的利用率，又增加了肖特基结区面积，进而提升了太阳能电池的光电转换效率。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种石墨烯硅倒金字塔阵列肖特基结光伏电池，包括单晶n-Si衬底1, 单晶n-Si衬底1上面热氧化生长有SiO₂隔离层2，在单晶硅衬底1背面涂抹In/Ga合金作为背电极3，在SiO₂隔离层2上开窗口形成有效肖特基结区，在结区中制备有硅倒金字塔阵列4，在SiO₂隔离层2的窗口周围沉积金属Au作为前电极5，并将石墨烯薄膜6转移到硅倒金字塔阵列4上。

一种石墨烯硅倒金字塔阵列肖特基结光伏电池的制备方法，其具体步骤为：

一、单晶n-Si衬底(1)上热生长SiO₂作为SiO₂隔离层(2)；

二、湿法刻蚀掉单晶n-Si衬底(1)背面氧化层，并在单晶硅衬底(1)背面涂抹In/Ga合金作为背电极(3)；

三、通过湿法腐蚀正面SiO₂隔离层(2)形成窗口，露出单晶n-Si衬底(1)表面，用于定义肖特基结面积和光照区域，在此区域中再通过金属辅助化学刻蚀方法制备出硅倒金字塔阵列(4)；

四、用模板遮住暴露出的硅倒金字塔阵列，在SiO₂隔离层(2)的窗口周围电子束蒸发金属Au形成金属前电极(5)；

五、通过湿法转移的方法将石墨烯薄膜(6)覆盖到硅倒金字阵列(4)上，并与金属前电极(5)相接触，最终形成石墨烯硅倒金字阵列肖特基结光伏电池。

所述的硅倒金字塔阵列(4)是金属辅助化学刻蚀方法(MACE)形成规则和不规则的倒金字塔状的孔洞，阵列的排布方式方阵或不规则排列。

所述的单晶硅衬底(1)为n型，晶向为100，电阻率为1-10Ω•cm。

所述的SiO₂隔离层(2)为采用热氧化方法生长的SiO₂，厚度约为300nm左右。

所述的石墨烯(6)是通过CVD方法生长而直接转移的。

所述的金属背电极(3)采用的In/Ga合金液态金属涂抹而成，其与单晶硅衬底(1)形成欧姆接触。

所述的金属前电极(5)采用的金属材料为金(Au),与石墨烯(6)形成欧姆接触。

同现有平面结构的石墨烯硅肖特基结光伏电池相比,本发明具有以下几个优点：