[发明专利]新型纳米结构薄膜太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开的一种新型纳米结构薄膜太阳能电池，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、碳化硅薄膜界面层、硼掺杂纳米硅薄膜、石墨烯层以及Au电极。利用谐振腔机制增强p型纳米硅/n型非晶硅异质结中的光吸收，从而提高器件光电性能。本发明所提供的石墨烯/p型纳米硅/n型非晶硅异质结结构的平面薄膜太阳能电池与传统的硅基薄膜太阳能电池相比，生产成本可节约30%。该电池的设计制备工艺简单、材料消耗低，在生产过程中避免了高温烧结处理，大大降低了硅基薄膜太阳能电池的生产能耗，可有效地降低传统硅基薄膜太阳能电池的生产成本。

技术领域

本发明涉及一种新型纳米结构薄膜太阳能电池，尤其是涉及一种基于谐振腔机制的石墨烯/p型纳米硅/n型非晶硅异质结结构的平面薄膜太阳能电池及其制备方法，属于光电技术领域。

背景技术

随着新一代太阳能电池的不断发展，纳米硅结构被认为是一种能够较好地调节禁带宽度实现宽光谱响应的材料，其中，利用纳米硅结构与单晶硅衬底构成的异质结太阳能电池一直是人们广泛关注的研究热点。但是，由于纳米硅有源层的厚度相对于单晶硅衬底而言很薄，其对太阳光的吸收有限，因此绝大部分的光生载流子来自于单晶硅衬底而非纳米硅有源层，纳米硅的作用并不能完全显示出来。另一方面，新一代薄膜太阳电池的发展方向是低成本、高效率和柔性应用，考虑到进一步减小材料成本，便于在柔性衬底上生长。研发纳米硅-非晶硅异质结光伏器件的制备与特性就显得尤为重要。

对于传统的纳米硅-非晶硅异质结太阳能电池而言，有源层（纳米硅薄膜）的厚度比较小，影响了其光吸收性能，从而导致纳米硅-非晶硅异质结太阳能电池光电转换效率比较低下（2-3%）。此外，传统的纳米硅-非晶硅异质结太阳能电池采用了铝，金或者金/镍合金等顶电极，虽然在电极制备工艺上采用了栅型结构，但还是不可避免的影响了入射光的光照范围，不利于其光电性能。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题与不足，本发明提供本发明主要设计出了一款提高光吸收性能、光电转换效率的石墨烯/p型纳米硅/n型非晶硅异质结结构的平面薄膜太阳能电池。

技术方案：一种新型纳米结构薄膜太阳能电池，尤其是一种石墨烯/p型纳米硅/n型非晶硅异质结结构的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、碳化硅薄膜界面层、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，利用谐振腔机制来提高p型纳米硅/n型非晶硅异质结中的光吸收，从而提高器件的光电性能。

本发明结构进一步优选的技术方案为：所述Al电极厚度为20nm~100nm；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电极厚度为为20 nm。

本申请还公开了一种石墨烯/p型纳米硅/n型非晶硅异质结结构的平面薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于包括以下几个步骤：

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，Al电极厚度为20 nm~100 nm之间。

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在磷掺杂非晶硅薄膜上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碳化硅薄膜界面层上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。