[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

说明书

本发明属于太阳能电池的技术领域，公开了高性能量子点中间带石墨烯肖特基结太阳电池及制备。所述石墨烯肖特基结太阳电池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。本发明在石墨烯肖特基结太阳电池中引入量子点中间带，有效拓宽了电池对太阳光谱的吸收范围，显著增大了光生电流，实现了太阳能电池高的光电转换效率。

技术领域

本发明属于太阳电池的技术领域，具体涉及一种高光电转换效率的量子点中间带的石墨烯肖特基结太阳电池及其制备方法。

背景技术

太阳电池作为一种直接利用太阳光进行能量转换的器件，可以将太阳能转换为电能，太阳电池是一种清洁能源，是我们主要利用太阳能的方式。然而，要想提高太阳电池对太阳能的光电转换效率，必须实现太阳电池对太阳光谱的高效吸收。石墨烯肖特基结太阳电池因为较高的光电转换效率，较低的工艺成本成为近年来发展很快的新型肖特基结光伏器件，人们通常采用GaAs与石墨烯形成肖特基接触，利用肖特基势垒实现对非平衡载流子的分离，从而实现较高的光电转换效率。然而，GaAs虽然具有直接带隙，但其只能吸收能量高于带隙(880nm)的光子，能量小于带隙的光子无法被电池有效吸收，这就极大限制了GaAs基肖特基结太阳电池的光电转换效率。为了进一步提高石墨烯肖特基结太阳电池的效率，我们采用量子点中间带技术在GaAs带隙中引入中间带，利用中间带技术拓宽对太阳光谱的吸收，从而提高石墨烯肖特基结太阳电池的光电转换效率。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种包含量子点中间带的石墨烯肖特基结太阳电池。本发明采用的量子点中间带，可以大幅提高石墨烯肖特基结太阳电池的光电转换效率。

本发明的另一目的在于提供上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。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种包含量子点中间带的石墨烯肖特基结太阳电池，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缓冲层上设置的是InAs量子点层，GaAs盖层和InAs量子点层的层数相同。

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，量子点中间带中InAs量子点层的层数为2～10层。

表面重构的GaAs层的厚度为200～1000nm；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。

底电极和顶电极分别为常规的电极材料，优选为金属电极；所述金属为Au，Ag或Al。

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，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；所述GaAs衬底为n型GaAs晶片；

(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；所述高温退火的温度为500～700℃，退火的时间为0.2～1h；

(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；