[发明专利]一种具有界面等离激元效应的双结GaAs/Si肖特基结太阳电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有界面等离激元效应的双结GaAs/Si肖特基结太阳电池及其制备方法。该双结GaAs/Si肖特基结太阳电池由下至上依次为Au/Pt背电极、n掺杂Si基区、石墨烯层、银纳米颗粒阵列、n掺杂InGaP背反射层，n掺杂GaAs基区、石墨烯层以及Ag电极。本发明还公开了以上双结（Si/石墨烯）/（GaAs/石墨烯）肖特基结太阳电池的制备方法。本发明的双结（Si/石墨烯）/（GaAs/石墨烯）肖特基结太阳电池，不仅制备工艺简单，器件生产成本较低，而且对环境污染较少，具有广阔应用前景。

技术领域

本发明属于太阳电池的技术领域，特别涉及一种具有子结界面等离激元效应的双结（Si/石墨烯）/（GaAs/石墨烯）肖特基结太阳电池及其制备方法。

背景技术

地球人口数量的不断增长、生态环境污染的加剧以及人类对能源需求的不断增加，使得人们对可再生清洁能源的开发激增。而太阳能是自然界中分布最为广泛，总量最大的清洁能源，从而引起了人们的极大研究兴趣。目前市场上商用的太阳电池以p-n结为基础制造而成，然而p-n结通常需要高温离子扩散和昂贵的离子注入工艺才能将掺杂剂引入基片中。其制备工艺复杂，且生产过程中污染和能耗高，这与清洁能源的目标相矛盾。

为此，人们将石墨烯等二维材料与半导体基片相结合制备出了肖特基结太阳电池，这类电池具有制备工艺简单、成本低以及生产过程中污染和能耗低的优点而收到了广泛关注。经过近十年的努力，单结肖特基结太阳电池效率得到了巨大的提升，但其进一步提升的空间受到了开路电压和光谱响应范围的限制，因此，叠层多结的石墨烯/半导体肖特基结太阳电池是对应问题的最优解。然而，石墨烯作为隧穿结的外延层衬底存在致命地界面层过厚问题，而键合工艺会大大增加器件的损伤和成本，另一方面，叠层结构多重界面的光反射和透射也使上下子结电池之间的光子分配效率降低，即高能光子被下层子结吸收而低能光子被上层子结反射等，因此低损低成本的太阳电池子结粘合技术亟需开发。

发明内容

为了克服上述技术存在的不足之处，本发明的首要目的在于提供一种银纳米颗粒阵列连接的双结（Si/石墨烯）/（GaAs/石墨烯）肖特基结太阳电池。通过银纳米颗粒阵列将GaAs/石墨烯肖特基结电池与Si/石墨烯肖特基结太阳电池相连接制成双结太阳电池，一方面金属银与代替了传统的隧道结，这可有效简化电池制备工艺，降低工艺成本，另一方面双结电池可大幅度提高太阳电池的光电转换效率，同时，通过调整银纳米颗粒的形貌和尺寸，能够使其与石墨烯层的界面处对应特定光波长发生受光激发等离激元，增加上层子结对高能光子的利用和下层子结对低能光子的利用。

本发明的另一目的在于提供上述一种钯连接的双结GaAs/Si肖特基结太阳电池的制备方法。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种具有子结界面等离激元效应的双结（Si/石墨烯）/（GaAs/石墨烯）肖特基结太阳电池，由下至上依次为Au/Pt背电极、n掺杂Si基区、石墨烯层、银纳米颗粒阵列、n掺杂InGaP背反射层，n掺杂GaAs基区、石墨烯层以及Ag电极（银浆顶电极）。

进一步地，所述GaAs基区晶向为（100），掺杂剂为Si，掺杂浓度为1×10¹⁷-2×10¹⁸/cm³。所述Si基区晶向为（100），掺杂剂为As，掺杂浓度为5×10¹⁷-5×10¹⁸/cm³

进一步地，所述Au/Pt背电极的厚度为(50-150nm)/(50-100nm)，Si基区厚度为50-500μm，GaAs基区厚度为20-500μm，石墨烯层的厚度为1-7层原子厚度，银纳米颗粒大小为10-100nm，导电银浆顶电极厚度为0.2-2μm。

上述钯连接的双结GaAs/Si肖特基结太阳电池的制备方法，包括下列制备步骤：