[发明专利]一种具有PEDOT:PSS/石墨烯/GaAs结构的太阳电池及其制备方法

说明书

本发明属于太阳电池领域，公开了一种具有PEDOT:PSS/石墨烯/GaAs结构的太阳电池及其制备方法。本发明的太阳电池自下而上的结构依次包括：Au背面电极、GaAs衬底、石墨烯层、空穴传输层、减反射层、介电层和Ag正面电极，所述空穴传输层由PEDOT:PSS制备得到，该空穴传输层，利用PEDOT:PSS材料的高导电率特性和不对称的载流子选择性传输特点，将石墨烯层的空穴引到外电路，提高空穴在石墨烯层的迁移率，提升肖特基结太阳电池间的填充因子，从而显著提高肖特基结太阳电池的光电转换效率，相比于外延生长的空穴传输结构，能使肖特基结太阳电池具有更优良的电导性，且材料易得，成本低廉。

技术领域

本发明涉及太阳电池领域，更具体地，涉及一种具有PEDOT:PSS/石墨烯/GaAs结构的太阳电池及其制备方法。

背景技术

近年来，随着地球人口数量的不断增长，全球的化石燃料能源的消耗需求越来越大，人们亟需解决未来化石燃料能源储量不足以维持全球能源市场需求的问题。因此，越来越多的学者将研究兴趣放在以太阳能为代表的可再生能源上。目前，商用的太阳电池多以传统的硅基p-n结太阳电池为主，研究人员通过改善其有机材料和无几材料的界面特性来影响太阳电池的光电转换效率。

例如，现有技术公开了一种新型异质结光伏电池及其制备方法，先在N型硅片的上表面的部分区域上形成多个P型扩散区，然后再旋涂PEDOT：PSS溶液形成PEDOT：PSS层，使该新型异质结光伏电池中，一部分N型硅片与P型扩散区形成PN结，剩余部分的N型硅片与PEDOT：PSS层形成肖特基结，且通过优化P型扩散区尺寸以及相邻P型扩散区的间距，使得各P型扩散区均匀分散在n型硅片上，结合PN结和肖特基结的优势，有效提高电池的开路电压，以提高其光电转换效率。

然而，以上存在着制备工艺复杂、生产过程能耗高等问题。为了满足能源市场的需求，发展具有低成本的太阳电池技术刻不容缓。为此，人们利用具有高透光性和高导电性的石墨烯材料，与直接带隙类型的GaAs太阳电池接触形成肖特基结，得到工艺简单和成本低的肖特基结太阳电池。但是其光电转化效率仍旧不理想，对于单结的肖特基结太阳电池，从引入具有不对称电导率的空穴传输层和电子传输层等工作入手，可以进一步提升其填充因子和光电转换效率。

现有技术公开了一种石墨烯/GaAs肖特基结太阳能电池及其制备方法，太阳能电池由下至上依次包括背面电极、GaAs片、空穴传输层、石墨烯层、正电极；还包括钝化膜层。制备方法为：(1)在GaAs片的一面镀上背电极，将GaAs片中镀有背电极的一面称为下表面，另一面称为上表面；在GaAs片的上表面镀上空穴传输层；或在镀空穴传输层之前，将镀有背电极的GaAs片置于钝化剂中钝化处理，形成钝化膜；(2)将石墨烯转移至空穴传输层上，获得石墨烯层；(3)在石墨烯层上制备正电极。该发明加入由氧化钼层、氧化镍层或氧化钼层与氧化镍层叠加而成的膜层作为空穴传输层，减少电子和空穴的复合，增大光生电流，实现太阳能电池高的光电转换效率。

现有技术公开了一种含有CuSCN空穴传输层的GaAs太阳电池及其制备方法。该发明的太阳电池的结构由下至上一次为Au背电极、GaAs衬底，CuSCN空穴传输层，石墨烯层和银浆顶电极，通过n型GaAs与P型CuSCN之间形成异质结，GaAs衬底受光激发产生电子空穴对，空穴通过CuSCN空穴传输层输送至石墨烯薄膜并通往外电路，与此同时CuSCN与GaAs之间存在着很高的势垒，阻碍了电子往石墨烯一侧运动，有利于降低载流子的复合，维持电势差。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的肖特基结太阳电池的光电转换效率低，制造工艺复杂等问题，提供一种具有PEDOT:PSS/石墨烯/GaAs结构的太阳电池。

同时，提供一种具有PEDOT:PSS/石墨烯/GaAs结构的太阳电池的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：