[发明专利]掺钴非晶碳膜/硅光伏器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏技术，具体涉及一种掺钴非晶碳膜/硅光伏器件及其制备方法。

技术背景

光伏器件是根据光生伏特效应的原理，将太阳光能转化成电能的一种电子器件，是太阳能电池的核心部分。它一般是由两种半导体材料构成P-N结，当太阳光照射到器件上时，P-N结两端产生电势差，可给外接负载供电，实现将太阳能转化为电能。鉴于太阳能属取之不竭的清洁能源，通过光伏器件所获取的电能对环境无污染的优越性，因此光伏器件被广泛用于国防、科学研究、工农业生产、家用电器等各领域中，并且已经成为世界各国解决能源问题的重要备选方案之一。目前主流光伏器件大多采用单晶硅、多晶硅、碲化镉、砷化镓等半导体材料，经提纯、切片、扩散制结、印刷电极、烧结等工艺流程制备而成。它们的优点是光电转化效率高，寿命长，可大规模生产，但存在受环境温度影响大，不易回收重复利用，成本较高，对于碲化镉类太阳能电池所含重金属镉容易对环境造成污染等不足之处。另外，市场还见有一些采用玻璃、陶瓷、石墨等作为基板，在其表面镀非晶硅薄膜实现将光能转化成电能的太阳能电池。它们也存在制作成本高，生产周期长，室外使用易破碎、耐腐蚀和重复利用性能差等缺陷。为此，业内有必要针对上述存在问题，再度研究开发出其它别样的光伏器件，以弥补现有太阳能电池在某些方面的不足或缺陷，进一步拓宽其更适于因地制宜应用的范畴。

发明内容

  本发明提供一种掺钴非晶碳膜/硅光伏器件及其制备方法。目的在于通过对光伏器件组成材质和结构的进一步研制，以开拓一种新型的光伏器件，使它不仅在温度变化较大的复杂工作环境下也具有良好的光伏电性能，而且在取用材料价格低廉、制备工艺简洁、抗腐蚀、耐磨损、且环保无污染等方面也具有独树一帜的优势。

本发明的技术解决方案如下：

本发明所称光伏器件的组成结构为：其衬底为N型硅(n-Si)基片, 所述n-Si基片的一端的上表面，镀覆有钴掺杂的非晶碳 (a-C:Co) 膜，该非晶碳膜上镀有银(Ag)层；所述n-Si基片的另一端的上表面，直接镀有Ag层，由该两个镀银(Ag)层构成一对电极。

本发明所称光伏器件的制备方法是：以N型硅(n-Si)基片作为衬底，于所述衬底上表面预设两片区域，在其中一片区域，采用脉冲激光沉积方法制备钴掺杂的非晶碳a-C:Co膜，然后采用真空热蒸发方法在该碳膜上蒸镀（Ag）层；在所述衬底上表面另一片区域，直接用真空热蒸发方法将银（Ag）层蒸镀于该区域的n-Si基片上，则制备成：由钴掺杂的非晶碳a-C:Co膜的P型半导体与N型硅(n-Si)基片组成的具有光伏特性的P-N结。

本发明方法的进一步技术解决方案：

所述使用n-Si基片的电阻率约为8-13Ω.cm；a-C:Co膜的Co掺杂量约为10 %（原子百分比）。

  所述金属Co掺杂的非晶碳a-C:Co膜层厚为20-30nm；镀银（Ag）层厚约

为100nm。

 本发明的有益效果

    （一）本发明器件为a-C:Co/n-Si形成的P-N结。经测试：该器件在波长为532nm (绿光)、功率为50mW/cm²的半导体激光照射下，显示出良好的光伏特性，开路电压为0.32 V，短路电流为5.6mA/cm²；进一步测试又表明该器件在室温下光伏特性最好，当温度在270 K(-3℃)以上时，温度对光伏效应的影响很小，表明本发明器件具有受环境温度影响小，工作稳定度高的优点。

 （二）本发明器件易于回收重复利用，只需要灼烧碳膜，将其变为二氧化碳气体排出，剩下的n-Si基片经过简单的清洁处理，即可重新再用于制备该器件，为此可大幅度减少可能产生的环境垃圾。

（三）本发明器件由于非晶碳膜的硬度接近金刚石，抗腐蚀及耐磨损性能好，因此附着或结合于普通建筑材料表面，即可实现太阳能电池的光电转换功能，能节省大量安装空间。

（四）本发明器件所取用的原材料价格低廉、制备工艺简洁、成本较低，且无污染物产生，有利于环境保护。

附图说明

    图1为本发明光伏器件（以下简称器件）的结构及电光测量示意图；

图2 为本发明器件在波长为532nm (绿光)、功率为50mW/cm²的半导体激光照射以及无光照下的电流-电压（I-V）曲线图；图中，还给出了无掺杂非晶碳膜（a-C）/n-Si材料在相同的激光光照及无光照下的I-V曲线;