[发明专利]新型纳米结构薄膜太阳能电池及其制备方法

权利要求书

1.一种平面薄膜太阳能电池，其特征在于包括从下至上依次叠加的石英或玻璃衬底、Al电极、磷掺杂非晶硅薄膜、硼掺杂纳米硅薄膜、石墨烯层以及Au电极；所述石墨烯层和Al电极之间的磷掺杂非晶硅薄膜、硼掺杂纳米硅薄膜构成一个纳米谐振腔；沿所述磷掺杂非晶硅薄膜的上部边缘周向设有一层碳化硅薄膜界面层，所述硼掺杂纳米硅薄膜置于所述磷掺杂非晶硅薄膜上，且位于所述碳化硅薄膜界面层内部；所述Al电极厚度为20 nm~100 nm；所述磷掺杂非晶硅薄膜的厚度为80 nm；所述碳化硅薄膜界面层厚度为10~15 nm；所述硼掺杂纳米硅薄膜厚度为40 nm；所述石墨烯层厚度为30 nm；所述Au电极厚度为20 nm。

2.根据权利要求1所述的平面薄膜太阳能电池，其特征在于，其制备方法包括以下几个步骤：

第一步，在石英基底上通过磁控溅射或者蒸镀工艺制备一层Al电极作为共面电极；

第二步，n型非晶硅薄膜制备工艺

通过等离子体增强气相沉积工艺在共面Al电极上生长一层磷掺杂非晶硅薄膜，所述磷掺杂非晶硅薄膜厚度为80 nm；

第三步，碳化硅薄膜界面层制备工艺

通过等离子体增强气相沉积工艺，沿磷掺杂非晶硅薄膜上表面边缘生长一层碳化硅薄膜作为界面层，所述界面层厚度为10~15 nm；

第四步，p型纳米硅薄膜制备工艺

通过等离子体增强气相沉积工艺，在磷掺杂非晶硅薄膜上且位于碳化硅薄膜界面层内部生长一层硼掺杂非晶硅薄膜，所述硼掺杂非晶硅薄膜厚度为40 nm；通过KrF准分子脉冲激光晶化技术获得等厚的硼掺杂纳米硅薄膜；

第五步，石墨烯的制备及转移工艺

通过转移方式将石墨烯层铺盖至硼掺杂纳米硅薄膜层上，石墨烯层厚度为30 nm；

第六步，在石墨烯层上蒸镀金电极。

3.根据权利要求2所述的平面薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于：在第二步中，在等离子体增强气相沉积工艺制备生长过程中，射频源的频率为13.56 MHz，射频功率和生长衬底温度分别控制在30W和250 °C，生长时真空室内的背景真空度在10 mTorr以下，通入硅烷SiH₄和磷烷PH₃混合气体，气体流量比值SiH₄ : PH₃=5 sccm : 3 sccm，沉积时间为25分钟，生长后获得厚度为80 nm的n型非晶硅薄膜。

4.根据权利要求2所述的平面薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于：在第三步中，在等离子体增强气相沉积工艺制备生长过程中，射频源的频率为13.56 MHz，射频功率和生长衬底温度分别控制在20W和250 °C，生长时真空室内的背景真空度在10 mTorr以下，通入硅烷SiH₄和甲烷CH₄混合气体，气体流量比值SiH₄ : CH₄=5 sccm : 1 sccm，沉积时间为5分钟，生长后获得厚度15 nm的富硅碳化硅薄膜。

5.根据权利要求2所述的平面薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于：在第四步中，在等离子体增强气相沉积工艺制备生长过程中，射频源的频率为13.56 MHz，射频功率和生长衬底温度分别控制在30W和250 °C，生长时真空室内的背景真空度在10 mTorr以下，通入硅烷SiH₄和硼烷B₂H₆混合气体，气体流量比值SiH₄ : B₂H₆ = 5 sccm : 5 sccm，沉积时间为15分钟，生长后获得厚度为40 nm的硼掺杂非晶硅薄膜。

6.根据权利要求2所述的平面薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于：在第四步中，对40 nm厚度的硼掺杂非晶硅薄膜采用KrF准分子脉冲激光晶化技术，从而获得硅纳米颗粒为10~15 nm的硼掺杂纳米硅薄膜，KrF准分子脉冲激光器选择波长为248 nm，脉冲宽度选择为30 ns，激光脉冲能量密度选择为180 mJ/cm²。

7.根据权利要求2所述的平面薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于：在第五步中，首先在铜衬底上通过化学气相沉积CVD方法制备，在生长过程中，背景真空度为3 Torr，生长温度控制在1000 °C，通入甲烷和氢气混合气体，气体流量比值CH₄ : H₂=20 sccm : 10sccm；然后在制备好的石墨烯上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，经过10小时的过硫酸铵刻蚀后除去铜衬底，将PMMA/石墨烯转移至p型纳米硅/n型非晶硅异质结结构上，经过180 °C热处理2小时后除去PMMA，异丙醇清洗后在400 °C烧结1小时进行表面吸附处理，最终将石墨烯层转移至硼掺杂纳米硅薄膜上，形成石墨烯/p型纳米硅/n型非晶硅异质结结构。