[发明专利]石墨烯双面太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯双面太阳能电池，包括n型单晶硅，所述n型单晶硅的一面设置二氧化硅层，所述二氧化硅层是具有通孔的环状结构，所述二氧化硅层的表面和由二氧化硅层通孔暴露的n型单晶硅表面上设置石墨烯薄膜层，在位于所述二氧化硅层通孔的四周区域的石墨烯薄膜层上设置前电极；所述n型单晶硅的另一面设置n+型多晶硅，所述n+型多晶硅表面设置光学减反层，所述光学减反层表面设置背栅线电极。本发明还公开了石墨烯双面太阳能电池的制备方法。本发明在单晶硅前后表面均形成内建电场进行光生载流子分离，实现双面石墨烯太阳能电池，具有结构简单，效率高的特点，适合批量生产。

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池及其制备方法，尤其是涉及一种石墨烯双面太阳能电池及其制备方法。

背景技术

能源与环境问题一直是影响人类生存和发展的热点问题。太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的可再生能源，其开发利用受到了最广泛的关注。近年来发展最为成熟的硅基半导体PN结太阳能电池面临高能耗、高成本、高污染等几大问题，由石墨烯薄膜与单晶硅结合构成的石墨烯硅基肖特基结太阳能电池以其制备成本低廉、工艺环保等优势发展迅速。

石墨烯是一种典型的半金属，功函数约为4.8ev，当石墨烯与功函数低于该值的半导体结合时，即可形成肖特基结，并进一步组装成太阳能电池，得到1.0％～2.0％的转换效率(Xinming Li,Hongwei Zhu,et al.Adv.Mater.2010,22,2743-2748)；Miao等结合硅表面的氧化层钝化和石墨烯的掺杂制备得到了转换效率高达8.6％的太阳能电池(XiaochangMiao,Sefaattin Tongay,et al.Nano Lett.2012,12,2745-2750)。

与传统p-n或p-i-n结构的硅基太阳能电池相比，石墨烯硅基异质结电池结构简单，有效的降低了太阳能电池的成本。但目前由单个肖特基结构成的石墨烯太阳能电池光电转换效率仍然不高。其中一方面就是因为现有结构仅能依靠正面吸收层产生光生载流子并依靠石墨烯/硅内建电场进行有效分离；而背面的反射光和周围的环境光并没有得到充分利用。

发明内容

本发明的一个目的是提供了一种石墨烯双面太阳能电池，解决现有单面石墨烯硅基太阳能电池光电转换效率不高的问题。本发明的另一个目的是提供一种石墨烯双面太阳能电池的制备方法。

本发明技术方案如下：一种石墨烯双面太阳能电池，包括n型单晶硅，所述n型单晶硅的一面设置二氧化硅层，所述二氧化硅层是具有通孔的环状结构，所述二氧化硅层的表面和由二氧化硅层通孔暴露的n型单晶硅表面设置石墨烯薄膜层，在位于所述二氧化硅层通孔的四周区域的石墨烯薄膜层上设置前电极；所述n型单晶硅的另一面设置n+型多晶硅，所述n+型多晶硅表面设置光学减反层，所述光学减反层表面设置背栅线电极。

优选的，所述n型单晶硅的掺杂浓度为1×10¹⁰～1×10¹⁴cm^-3，所述n+型多晶硅的掺杂浓度为1×10¹⁶～1×10¹⁹cm^-3。

优选的，所述n型单晶硅的厚度为5～50μm，n+型多晶硅的厚度为0.1～5μm。

优选的，所述二氧化硅层的厚度为100～2000nm。

优选的，所述石墨烯薄膜层为若干层石墨烯薄膜叠置而成，石墨烯薄膜层厚度为10～100nm。

优选的，所述光学减反层为若干层氮化硅薄膜叠置而成，光学减反层厚度为0.5～5μm，折射率为1.9～2.8。