[发明专利]一种石墨烯硅太阳能电池及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新能源，新材料领域，具体涉及的是一种石墨烯硅太阳能电池。

背景技术

随着化石能源的枯竭以及大量使用化石能源带来的环境污染等问题日益突出，人们迫切希望寻找可再生，无污染的新能源来替代化石能源。太阳能作为一种可再生清洁无污染的新能源之一，自21世纪以来一直是各个国家研究的重点。在目前太阳能电池的市场中，占据主流的是硅基太阳能电池，它们具有较高的电池效率和较长的电池寿命等优点，但是高温扩散工艺增加了其电池的生产成本，从而限制了其进一步发展。为了在保持较高效率的前提下，降低太阳能电池的发电成本，需要从新材料新结构入手，不断的研发新型太阳能电池。2004年，石墨烯成功的被制备出来，其具有较高的透光率和超高的载流子迁移率等一系列优点，将石墨烯引入到太阳能电池的研发与设计中，成为太阳能电池发展的一个新方向。具有完美材料性质的石墨烯可以与具有成熟工艺的材料硅形成太阳能电池，这主要取决于石墨烯的半金属性质，在与N型硅片接触时，由于两者功函数不同会在硅片表面产生一个内建电场形成异质结，从而光照下，光子激发硅片中发生载流子跃迁，通过内建电场的分离到两边，电子通过硅片内部导出到外电路，空穴通过石墨烯透明电极导出到外电路，从而产生电流，实现了光能向电能的转换。

在石墨烯硅太阳能电池的设计中，限制电池转化效率的通常是较差的石墨烯透明电极的质量和较高的硅片表面反射率。在传统的石墨烯硅太阳能电池的制备方法中，往往在其表面旋涂一层保护胶作为转移过程中石墨烯的保护层，转移到硅片后通过一系列物理化学方法将表面的保护胶去除，但是在去除过程中通常会造成石墨烯的破裂，影响了石墨烯的完整性；其次在去胶过程中同时也会引入了较多的杂质，降低了石墨烯的迁移率；从而，通过这种方法制备出来的石墨烯方块电阻较高，质量较差，所获得的太阳能电池的性能也较差；同时在传统的石墨烯硅太阳能电池中，由于硅片表面在可见光范围内高达36%的反射率，大部分光都会被硅片表面反射从而没有被吸收，造成较低的量子效率和能量转换效率。

发明内容

本发明提供一种石墨烯硅太阳能电池及制备方法，所采用的制备方法是通过在转移过程中不去保护层（PMMA层）直接转移石墨烯的办法，这样就避免了在去保护层过程中对石墨烯产生的破坏，可以较好的保留石墨烯的完整性和优异的性质，其次保留转移的PMMA层也可以对石墨烯产生P型掺杂，从而增加了石墨烯的功函数，增大的石墨烯硅太阳能电池的开路电压，同时保留转移的PMMA层也具有增透膜的效果，使硅片表面的反射率在可见光降到了15%以下，大大的提高了石墨烯硅太阳能电池的量子效率和能量转换效率，同时通过鼓泡法转移石墨烯，实现了基底的重复利用，有效地降低了生产成本，为以后产业化发展提供了方向。

为了解决上述的技术问题，本发明的技术方案如下：

本发明所述的一种石墨烯硅太阳能电池，其器件结构从下至上依次包括铜胶带基底层，液态镓铟合金电极层，N型硅片层，氧化硅层，石墨烯透明电极层，PMMA层，银导电胶电极层。

优选地，所述的PMMA层为了满足高质量的转移和增透膜的效果，厚度的范围控制在80~120nm之间。

优选地，所述的石墨烯透明电极层既是太阳能电池的透明电极，同时也与N型硅片层形成异质结作为太阳能电池的有源区。

优选地，所述的石墨烯透明电极层是单层或者多层石墨烯。

本发明所述的石墨烯硅太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

S1、选用一块带有二氧化硅层的N型的硅片层，通过氢氟酸刻蚀正面的二氧化硅层，露出3cm*3cm的裸硅区域作为电池的有源区域，同时刻蚀N型的硅片层的背面由于热氧化产生的二氧化硅。

S2、选用一块干净的金属铂片作为基底，放入化学气相沉积反应室，通入甲烷和氢气，生长出高质量的石墨烯透明电极层。

S3、在石墨烯透明电极层表面均匀的旋涂一层保护层PMMA层。

S4、通过鼓泡转移的方法，将带有PMMA层的石墨烯透明电极层从基底金属铂片上转移至N型硅片层上的有源区，金属铂片基底可以再次回收利用。

S5、石墨烯透明电极层转移到N型硅片层上后不去PMMA层，在有源区外的石墨烯透明电极层周围均匀涂上一层银导电胶层作为外电路测试的第一电极。

S6、在N型硅片层背面刷上一层液态镓铟电极层并与之形成欧姆接触。

S7、将石墨烯硅太阳电池通过液态镓铟电极层附着到铜胶带基底上，铜胶带作为外电路测试第二电极。

优选地，步骤S2中，所述的石墨烯透明电极层是单层或者多层石墨烯。