[发明专利]半导体结为碳材料的太阳能电池及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池及制备方法。

背景技术

目前，开发利用太阳能电池成为了世界各国在能源领域可持续发展的战略决策，虽然制备工艺在不断改进，但是由于晶体硅造价成本过于昂贵同时用来做太阳能电池的硅材料相对紧缺，造成了太阳能电池制备工业的瓶颈。一些新兴材料的太阳能电池中，尽管硫化镉、碲化镉多晶薄膜层电池的效率较非晶硅薄膜层太阳能电池效率高，成本较单晶硅电池低，并且也易于大规模生产，但由于镉有剧毒，会对环境造成严重的污染；铜铟硒作为太阳能电池的半导体材料，由于铟和硒都是比较稀有的元素，因此这类电池的发展又受到原料的限制；而纳米晶太阳能电池和聚合物修饰电极太阳能电池的研究刚刚起步，技术上不是很成熟。

发明内容

本发明为了解决现有太阳能电池制备成本高、原材料紧缺、技术不成熟、效率低和污染环境的问题，提供了一种半导体结为碳材料的太阳能电池及制备方法，解决上述问题的具体技术方案如下：

本发明的太阳能电池，由基底1、铝膜层2、掺氮四面体非晶碳n型薄膜层3、四面体非晶碳i型薄膜层4和掺硼四面体非晶碳p型窗口5组成，铝膜层2设在基底1的上表面上，掺氮四面体非晶碳n型薄膜层3设在铝膜层2的上表面上，四面体非晶碳i型薄膜层4设在掺氮四面体非晶碳n型薄膜层3的上表面上，掺硼四面体非晶碳p型窗口5设在四面体非晶碳i型薄膜层4的上表面上。

掺氮四面体非晶碳n型薄膜层3，按原子含量由氮为1.0～15at.％、余量为四面体非晶碳沉积而成；

掺硼四面体非晶碳p型窗口5，按原子含量由硼为1.0～10at.％、余量为四面体非晶碳沉积而成。

基底1采用单晶硅片或聚酰亚胺柔性基片。

本发明pin结(半导体)为碳原料的太阳能电池的制备方法的步骤如下：

步骤一、在基底1的上表面上镀一铝膜层2；

步骤二、将经步骤一镀有铝膜层2的基底1用丙酮超声波清洗5～20分钟，再用酒精清洗5～20分钟，用去离子水清洗5～20分钟，放入真空仓内，启动真空系统对真空仓抽真空，当真空仓内真空度达到1.0×10^-3～2.0×10^-4帕时，通入Ar气，Ar气的流速为4～12毫升/分，当真空仓内的气压为1.0×10^-2～1.5×10^-2帕时，对基底1上的铝膜层2上表面进行刻蚀5～10分钟；

步骤三、制备四面体非晶碳n型薄膜层3，采用过滤阴极真空电弧沉积方法，向等离子体施加衬底偏压为80～2000V，电弧电流为50～70A，氮气流速为4～48毫升/分，向经步骤二刻蚀后的铝膜层2的上表面沉积掺氮四面体非晶碳，沉积时间为80～150秒，制成厚度为25～45nm的四面体非晶碳n型薄膜层3；

步骤四、制备四面体非晶碳i型薄膜层4，采用过滤阴极真空电弧沉积方法，向等离子体施加衬底偏压为80～2000V，电弧电流为50～70A，向经步骤三制成后的掺氮四面体非晶碳薄膜层3的上表面沉积四面体非晶碳，沉积时间为150～300秒，制成厚度为45～90nm的四面体非晶碳i型薄膜层4；

步骤五、制备四面体非晶碳p型窗口5，用真空系统对真空仓抽真空，当真空仓内真空度达到1.0×10^-3～2.0×10^-4帕时，将阴极电弧电流设为50～70A，偏压为80～2000V，向经步骤四制成的四面体非晶碳i型薄膜层4的上表面沉积掺硼四面体非晶碳，沉积时间为60～120秒，制成厚度为20～35nm的四面体非晶碳p型窗口5，即完成以碳为原材料的pin结太阳能电池的制备。

本发明的太阳能电池的材料资源广，适应性强，化学性质稳定，电池的效率高；本发明方法的制备成本低、技术成熟、对环境无污染。

附图说明

图1是本发明pin结为碳材料的太阳能电池的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1描述本实施方式。本实施方式由基底1、铝膜层2、掺氮四面体非晶碳n型薄膜层3、四面体非晶碳i型薄膜层4和掺硼四面体非晶碳p型窗口5组成，铝膜层2设在基底1的上表面上，掺氮四面体非晶碳n型薄膜层3设在铝膜层2的上表面上，四面体非晶碳i型薄膜层4设在掺氮四面体非晶碳n型薄膜层3的上表面上，掺硼四面体非晶碳p型窗口5设在四面体非晶碳i型薄膜层4的上表面上。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于基底1采用单晶硅片或聚酰亚胺柔性基片。