[发明专利]基于纳米石墨电子传输层的多量子阱光伏电池及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏电池的制备，尤其是涉及一种基于纳米石墨电子传输层的多量子阱光伏电池及制备方法。

背景技术

太阳能电池是21世纪的研究热点。自1954年，第一块太阳能电池在贝尔实验室诞生以来，经过半个多世纪的研究与发展，太阳能电池技术有了长足的发展与进步。其已经进入第三代的发展。第一代太阳能电池为晶圆技术，以硅元素为主，其技术已经相当成熟。目前占全部各类太阳能电池生产量的90％以上，其中又以价格、效率(约为15％)较低的多晶硅太阳能电池为主。第二代的太阳能电池为薄膜技术，制作程序比硅晶圆技术变化多且制作成本更低。但达到可供电力使用的只有CuInSe(CIS)太阳能电池，效率约为13％，其他比较廉价且效率中等的薄膜电池有微晶硅(约8％)、非晶硅(约10％)、ⅱ-ⅵ族(约10％)。第三代太阳能电池包含所有创新、萌芽中的新型太阳能电池技术。包括叠层、量子点、多能带、热光伏、多载流子等光伏电池。除叠层光伏电池效率较高外，其他光伏电池的效率仍然很低。

Tang在1979年用两种不同的有机染料制成的异质结实现了1％的电池效率，并于1986年报道了这一有机太阳能电池领域的突破。通过人们的不断研究，已了解了异质结构对电子-空穴对的分离及传输作用，但有机太阳能电池仍然无法获得理想的效率。影响其最终效率的一个重要因素就是载流子的再复合损失。如何将光生载流子分离并传输到电极收集，已经成为光伏领域中迫切需要解决的关键技术。传统的有机载流子传输层不够稳定。对环境不友好且价格较昂贵。

纳米石墨除了具有导电、导热性好，热稳定性高，载流子传输速率快等优点外，它还具有比表面积大，活性高等优点。不仅能增加光捕获，提高光利用率；还能延长载流子复合时间，提升少子寿命。石墨本身的优良导电性能提高少子(电子)的收集与传输。是一种价格便宜，环境友好，且稳定较高的电子传输层。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于纳米石墨电子传输层的多量子阱光伏电池及其制备方法，本发明不仅能大幅提高光伏电池的少子寿命、量子效率等光电性能，还能极大的增大光电流。进而提高最终的光电转换效率。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于纳米石墨电子传输层的多量子阱光伏电池，该电池包括层状铺设的前电极、减反层、N型硅、P型硅及背电极，在减反层与N型硅之间设有一层由石墨与半导体量子点组成的复合层。

所述的石墨为天然石墨、电极石墨、细结构石墨或纳米石墨中的一种或几种。

所述的半导体量子点为氧化锌、氧化铅、氧化锡、氧化铬或氧化锑中的一种。

所述的光伏电池为晶硅电池、染料敏化电池、有机薄膜电池或钙钛矿电池中的一种。

由石墨与半导体量子点组成的复合层沉积在N型硅上，且由石墨与半导体量子点组成的复合层的粒径控制在1～500nm。

基于纳米石墨电子传输层的多量子阱光伏电池的制备方法，包括以下步骤：

1)配制半导体量子点溶胶：用半导体金属源、溶剂及表面活性剂配成半导体量子点溶胶，其中半导体金属离子的浓度为0.01-0.5mol/L，表面活性剂的浓度为3.3-13.4g/L；

本步骤中，所述的半导体金属源选自醋酸锌、醋酸铅、四氯化锡、氯化铬或醋酸锑中的一种。所述的溶剂选自水、甲醇、乙醇、丙酮或甲苯中的一种。所述的表面活性剂选自羧甲基纤维素(CMC)、聚乙烯醇(PEG)、聚乙烯(PE)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、硬酯酸单甘油酯(GMS)或三硬脂酸甘油酯(HTG)中的一种。

2)向半导体量子点溶胶中加入纳米级石墨碳源，使得石墨的浓度为10-60mg/L，充分搅拌，强力超声以剪切溶胶的粒径，得到石墨与半导体量子点的复合胶体；

本步骤中，石墨碳源选自天然石墨、电极石墨、细结构石墨或纳米石墨中的一种或几种，石墨的粒径为1～100nm；

3)晶硅片的预处理：将N型硅片浸渍到清洗液中清洗，去除N型硅片表面的油污和二氧化硅层；取出后在去离子水中超声清洗，沥水，吹干。

本步骤中，所述的清洗液为氢氟酸溶液，浓度优选为1mol/L。

4)半导体层和电子传输层的沉积生长：将清洗后的N型硅片浸渍到步骤2)所得复合胶体中沉积生长半导体量子层和电子传输层，即由石墨与半导体量子点组成的复合层；

5)快速退火处理：对步骤4)所得由石墨与半导体量子点组成的复合层进行快速退火处理；电子传输层经快速退火处理后，电子传输层与半导体量子层，N型硅以及前电极能形成良好的欧姆接触。