[发明专利]高性能量子点中间带石墨烯肖特基结太阳电池及制备

权利要求书

1.一种包含量子点中间带的石墨烯肖特基结太阳电池，其特征在于：从下到上依次包括底电极、GaAs衬底、表面重构的GaAs层、GaAs缓冲层、量子点中间带、石墨烯层、顶电极；所述量子点中间带由GaAs盖层和InAs量子点层交替叠加而成，GaAs缓冲层上为InAs量子点层，GaAs盖层和InAs量子点层的层数相同。

2.根据权利要求1所述包含量子点中间带的石墨烯肖特基结太阳电池，其特征在于：量子点中间带中InAs量子点层的层数为2～10层。

3.根据权利要求1所述包含量子点中间带的石墨烯肖特基结太阳电池，其特征在于：所述表面重构的GaAs层的厚度为200～1000nm；所述量子点中间带中InAs量子点层的厚度为1.6～3.6ML，GaAs盖层的厚度为20～100nm。

4.根据权利要求1所述包含量子点中间带的石墨烯肖特基结太阳电池，其特征在于：所述GaAs缓冲层的厚度为150～500nm；石墨烯的层数为1～10层；

底电极的厚度为80～300nm；顶电极的厚度为50～200nm。

5.根据权利要求1所述包含量子点中间带的石墨烯肖特基结太阳电池，其特征在于：底电极和顶电极分别为金属电极；所述金属为Au，Ag或Al。

6.根据权利要求1～5任一项所述包含量子点中间带的石墨烯肖特基结太阳电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)生长底电极：在GaAs衬底的一面镀上一层金属电极，作为底电极，底电极的厚度为80～300nm；

(2)GaAs表面氧化层的去除：将镀有底电极的GaAs衬底进行高温退火处理，去除衬底表面的氧化层；

(3)GaAs表面重构：将GaAs衬底中镀有底电极的一面称为下表面，另一面成为上表面；利用分子束外延方法，在GaAs衬底上表面生长GaAs，获得表面重构GaAs层；生长温度为400～600℃，Ga源炉温度为850～1100℃，As源温度为240～380℃，表面重构的GaAs的厚度为200～1000nm；

(4)GaAs缓冲层：利用分子束外延方法，在表面重构GaAs层上沉积GaAs缓冲层，生长温度为450～660℃，Ga源炉温度为870～1050℃，As源炉温度为200～380℃；所述GaAs缓冲层的厚度为150～500nm；

(5)采用分子束外延法在GaAs缓冲层上生长量子点中间带：先采用分子束外延法在GaAs缓冲层上生长InAs量子点，然后在量子点层上沉积GaAs盖层，再在GaAs盖层上沉积量子点层，量子点层上再沉积GaAs盖层，如此重复，从而量子点层与GaAs盖层交替叠加形成量子点中间带；InAs量子点生长的条件为衬底温度为450～550℃条件下，In源炉温度为600～800℃，As源炉温度为240～380℃；沉积厚度为1.6～2.6ML的InAs量子点层；GaAs盖层生长的条件为生长温度为480～540℃，Ga源炉温度为870～1050℃，As源炉温度为200～380℃，GaAs盖层厚度为20～100nm；量子点中间带中InAs量子点层的层数为2～10层；

(6)转移石墨烯：将石墨烯转移至量子点中间带上，获得石墨烯层；石墨烯层的层数为1-10层；石墨烯层位于量子点中间带的GaAs盖层上；

(7)顶电极的制备：采用电子束蒸发方法，在石墨烯层上蒸镀顶电极，蒸镀温度为50～200℃，顶电极的厚度为50～200nm。

7.根据权利要求6所述包含量子点中间带的石墨烯肖特基结太阳电池的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述GaAs衬底为n型GaAs晶片；步骤(2)中所述高温退火的温度为500～700℃，退火的时间为0.2～1h；步骤(7)中蒸镀时间为15～40分钟。