[发明专利]一种石墨烯基底涂覆太阳能电池及其制备方法

说明书

一种石墨烯基底涂覆太阳能电池，包括铜导线、银胶、Ti/Au电极、多层石墨烯层、n型硅片、In‑Ga合金层、导电铜基底；硅片上有绝缘层，中间围成方形，Ti/Au电极位于绝缘层上；石墨烯层面积大于硅片；In‑Ga合金层处于n型硅片和铜基底之间；硅片的上表面具有微孔阵列，填满石墨烯微片。还包括制备该电池的方法。

技术领域

本发明涉及石墨烯电池技术领域，具体为一种石墨烯基底涂覆太阳能电池及其制备方法。

背景技术

太阳能电池因为其优异的性能备受业界关注。石墨烯作为新材料的代表，对于太阳能电池的提升能力是非常强的，可以说是新电池材料中所普遍考虑的对象。石墨烯被广泛的应用于作为有机太阳能电池和染料敏化太阳能电池的透明导电电极，还被与半导体结合形成肖特基结光伏器件；而基于硅纳米结构的多种太阳能电池也得到了广泛的研究并取得了长足的进步。基于石墨烯/硅纳米结构的肖特基结光伏器件能够充分的结合石墨烯和硅纳米结构在光伏能量转换方面的优势，并且成本较低，实现方便，因此有望成为新一代太阳能电池中的佼佼者。目前，基于石墨烯/硅纳米结构的肖特基结光伏器件已有报道，但是相比于其他基于硅纳米结构的光伏器件，该类型光伏器件的能量转换效率还仍然不足，影响了实际应用。

限制石墨烯/硅纳米结构光伏器件性能提升主要有两个问题，一个是石墨烯和硅之间的较低的肖特基势垒不足0.7eV，大大低于传统硅p-n结光伏器件的1.12eV；而这样会使得泄露电流较容易发生且数值较大，进而导致器件性能的降低；二是在石墨烯/硅纳米线阵列结构中，石墨烯与硅的有效结区面积较小，这不利于光生电子-空穴对的充分分离，不利于构建高性能光伏器件。

从文献CN107134504A中，给出了一种有效地提升有效结区面积的方式，即将硅片表面腐蚀出比较粗放的硅纳米线阵列，在此情况下向其中填充石墨烯碎片，但是由于硅纳米线的无序性，以其中提及的长度2um，直径300nm的尺寸并不算很小，由于尺寸效应，使用该方法填充以改善有效结区面积的效果有限，不用说硅纳米线表面的石墨烯/硅纳米结构在提升势垒方面的性能非常有限，基于硅纳米线的无序性，该方法填充的对于有效结区面积也就是提升了0.5-1.5倍左右。博士论文《基于石墨烯与硅纳米结构高性能光伏器件的构造与光电性能研究》中针对硅纳米线表面的电池结构进行了分析，并提出和制备了比之更优秀的硅纳米微孔阵列表面的电池结构，相对于表面蚀刻出纳米线的情形，纳米微孔阵列造成的表面态面积更大，有效结区的面积得到了进一步增大。

现有技术中，对于电池中纳米微孔阵列的硅表面，如何进一步提高表面态面积，提升有效结区的数值，没有进行研究和分析，如何进一步提高石墨烯/纳米微孔阵列硅表面的光伏性能，有待进一步研究分析。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯基底涂覆太阳能电池结构，以解决现有的技术的石墨烯/纳米微孔阵列硅表面的光伏性能仍然有局限，有效结区数值仍然不足导致的。相对于石墨烯/纳米微孔阵列硅表面结构，本发明通过在在纳米微孔阵列硅表面有针对性地涂覆含石墨烯微片的分散液，有效地在微孔中填入了石墨烯微片的集合体，经试验，实际地进一步提高表面态面积，提升有效结区的数值。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种石墨烯基底涂覆太阳能电池，包括：铜导线、银胶、Ti/Au电极、多层石墨烯层、n型硅片、In-Ga合金层、导电铜基底；所述n型硅片的上表面四周带有绝缘层，中间表面被围成方形，所述Ti/Au电极位于绝缘层之上；所述多层石墨烯层每一层的面积都大于所述n型硅片的上表面并覆盖所述上表面；所述In-Ga合金层是处于n型硅片下表面和导电铜基底上表面之间的粘附夹层，且使得n型硅片下表面和导电铜基底上表面相互平行；所述n型硅片的上表面具有5-15um深度的均匀排布的微孔阵列，且其中填满平均径向尺寸低于15um且平均厚度低于5nm的石墨烯微片，且几乎无空隙；所述Ti/Au电极部分区域粘附所述银胶，铜导线自所述银胶之中引出。