[发明专利]一种石墨烯硅基太阳能电池及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池及其制造方法，特别是涉及一种石墨烯硅基太阳能电池及其制造方法。

背景技术

太阳能电池是利用半导体材料的光生伏特效应将光能转换为电能的一种器件。按照结构来分可以分为由同质材料构成一个或多个PN结的同质结太阳能电池；由异质材料构成一个或多个PN结的异质结太阳能电池；由金属和半导体接触构成的肖特基结太阳能电池；由电解质中半导体电极构成的光电化学太阳能电池。近年来发展最为成熟的硅基半导体PN结太阳能电池面临高能耗、高成本、高污染等几大问题，相关技术和产业已经出现瓶颈。目前人们全力寻找新材料，设计新结构，开发新工艺，旨在制备出更高效、更环保、低成本的新型光伏器件。

石墨烯是一种典型的半金属，功函数约为4.8ev，当石墨烯与功函数低于该值的半导体结合时，即可形成肖特基结。以铜和镍为基底制备出不同厚度的石墨烯薄膜，可见光透过率为50%～97%（波长550nm），面电阻在数十至数千Ω/sq量级，具备高透过率和高电导率。

石墨烯薄膜与n型单晶硅结合可构成石墨烯硅基肖特基结，并进一步组装成太阳能电池，得到1.0%～2.0%的转换效率（Xinming Li,Hongwei Zhu,et al.Adv.Mater.2010,22,2743-2748）；Miao等结合硅表面的氧化层钝化和石墨烯的掺杂制备得到了转换效率高达8.6%的太阳能电池（Xiaochang Miao,Sefaattin Tongay,et al.Nano Lett.2012,12,2745-2750）；张晓珍等通过合成石墨烯与硅纳米线阵列，并进行修饰钝化，以及引入电子阻挡层制备太阳能电池，转换效率可达10.56%（Xiaozhen Zhang,Jiansheng Jie,et al.J.Mater.Chem.A,2013,1,6593-6601）。

与传统p-n或p-i-n结构的硅基太阳能电池相比，石墨烯硅基异质结电池结构简单，有效的降低了太阳能电池的成本。但目前该结构的光电转换效率仍然不高，一方面，该结构存在较低的肖特基势垒高度较低，会导致较大的漏电流和交叉的器件性能；另一方面，未修饰的硅表面存在严重的电荷复合问题，会影响器件性能的提高。进一步提高石墨烯硅基太阳能电池的性能成为目前国际的研究热点。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种石墨烯硅基太阳能电池结构，来解决石墨烯硅基太阳能电池光电转换效率不高的问题。本发明的另一个目的是提供这种石墨烯硅基太阳能电池的制造方法。

本发明的技术方案是这样的：一种石墨烯硅基太阳能电池，包括背电极，背电极上设置单晶硅片，单晶硅片上设置二氧化硅层，所述二氧化硅层是具有通孔的环状结构，所述二氧化硅层的表面和由二氧化硅层通孔暴露的单晶硅片表面设置石墨烯薄膜，所述由二氧化硅层通孔暴露的单晶硅片表面还设有栅线电极。

优选的，所述栅线电极S形布置。

优选的，所述栅线电极包括主栅线电极和副栅线电极，所述主栅线电极和副栅线电极交错成网格状布置。

优选的，所述栅线电极包括主栅线电极和副栅线电极，所述主栅线电极将单晶硅片表面分为若干副栅线电极区，所述副栅线电极布置于副栅线电极区内并与主栅线电极连接，副栅线电极与主栅线电极夹角α为30°～80°，所述相邻副栅线电极区内副栅线电极以划分相邻副栅线电极区的主栅线电极为对称轴对称布置。

优选的，所述栅线电极材料由Au、Ag、Pt、Ni、ZnO、ITO、TiO₂及其纳米材料的一种或几种构成。

一种石墨烯硅基太阳能电池的制造方法，依次包括在单晶硅片前表面制备环状二氧化硅层；在二氧化硅层的表面和由二氧化硅层通孔暴露的单晶硅片表面制备石墨烯薄膜；在位于二氧化硅层通孔内的石墨烯薄膜表面制备栅线电极；在单晶硅片后表面制备背电极。

本发明的另一种石墨烯硅基太阳能电池的制造方法，依次包括在单晶硅片前表面制备环状二氧化硅层；在二氧化硅层通孔暴露的单晶硅片表面制备栅线电极；在二氧化硅层的表面和由二氧化硅层通孔暴露的单晶硅片表面制备石墨烯薄膜；在单晶硅片后表面制备背电极。

优选的，采用直接转移、甩膜、喷涂、浸沾、过滤或石墨烯有机悬浮液平铺方式制备石墨烯薄膜。

优选的，采用丝网印刷、光刻或喷墨方式制备栅线电极。