[发明专利]一种含有火焰合成镍金纳米球阵列的砷化镓太阳电池及其制备

说明书

本发明属于太阳电池的技术领域，公开了一种含有火焰合成镍金纳米球阵列的砷化镓太阳电池及其制备。所述砷化镓太阳电池包括从下到上依次层叠的背面电极、砷化镓衬底、镍金纳米球阵列层、石墨烯层、正面电极；所述镍金纳米球阵列层是通过以下方法制备得到：在基底上依次蒸镀隔离层，镍层和金层，蒸镀后置于火焰内焰中进行燃烧，基底上形成金属纳米球阵列即镍金纳米球阵列，然后去除基底和隔离层。本发明还公开了砷化镓太阳电池的制备方法。本发明采用火焰处理法制备镍金纳米球阵列层，所制备的镍金纳米球阵列提升了石墨烯/砷化镓异质结太阳电池的光电转换效率。本发明的火焰处理法更加便捷。本发明的太阳电池具有较好的光电性能。

技术领域

本发明属于太阳电池制备技术领域，具体涉及一种含有火焰合成镍金纳米球阵列的砷化镓太阳电池及其制备。

背景技术

太阳能光伏器件是未来最具发展潜力的能源利用技术，如何进一步提高其光电转换效率一直是该领域最核心的问题。为突破太阳电池转换效率瓶颈，宽带隙、高载流子迁移率、直接带隙的砷化镓半导体受到科研界的极大关注，被视为最有望达到最高理论转换效率的材料体系。石墨烯凭借其优异的电学、光学性质，尤其是其特殊的能带结构，被广泛应用于异质结太阳电池的制备，常见的有石墨烯/硅异质结太阳电池和石墨烯/砷化镓异质结太阳电池，以代替传统的工艺繁琐和高昂成本的同质结太阳电池。

近年来，金属纳米颗粒表面所激发的局域表面等离激元在太阳电池陷光中的应用受到广泛关注。金属纳米颗粒表面的自由电子通过利用入射光子的照射进行集体共振，同时在该状态下将入射光子的自由能转化为自由电子的集体共振能，伴随着是强散射效应、局域场增强等物理效应，进而应用于增强太阳电池的光吸收。常见的金属纳米颗粒制备方法主要有电化学沉积、自组装模板法、高温退火和分散旋涂等，其中电化学沉积、高温退火和分散旋涂手段所制备的金属纳米颗粒阵列存在尺寸不一、排列不规整等问题，虽然有机模板自组装法所制备的纳米颗粒阵列尺寸统一且排列整齐，但制备工艺繁琐。特别地，上述方法对实验仪器设备要求较高，难以实现大范围推广。

发明内容

为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提出一种含有火焰合成镍金纳米球阵列的砷化镓太阳电池及其制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种含有火焰合成镍金纳米球阵列的砷化镓太阳电池，包括从下到上依次层叠的背面电极、砷化镓衬底、镍金纳米球阵列层、石墨烯层、正面电极。

进一步地，所述砷化镓衬底上表面的两端设有绝缘层，未被绝缘层覆盖的砷化镓衬底上表面以及两端的绝缘层部分上表面设有镍金纳米球阵列层，镍金纳米球阵列层在绝缘层上形成台面结构，镍金纳米球阵列层上设有石墨烯层，石墨烯层上设有正面电极，正面电极覆盖部分石墨烯层。

正面电极位于石墨烯层的两端。

所述含有火焰合成镍金纳米球阵列的砷化镓太阳电池的制备方法，包括以下步骤：

1)在基底上蒸镀隔离层，然后分别蒸镀镍层和金层，蒸镀后置于火焰内焰中进行燃烧，基底上形成金属纳米球阵列即镍金纳米球阵列；

2)在金属纳米球阵列的表面进行石墨烯的转移，在石墨烯层的表面旋涂高分子溶液并成膜，随后去除基底和隔离层，获得金属纳米球阵列/石墨烯层/高分子薄膜；

3)在砷化镓衬底的一表面蒸镀背面电极，退火处理，获得砷化镓衬底/背面电极；当太阳电池中含有绝缘层时，在砷化镓衬底表面制备绝缘层，该表面与蒸镀背面电极的表面为对立面；绝缘层位于砷化镓衬底表面的两端；或者步骤2)中隔离层未完全去除，所述绝缘层为未去除的隔离层，未去除的隔离层位于金属纳米球阵列的两端；

4)将金属纳米球阵列/石墨烯层/高分子薄膜转移至砷化镓衬底/背面电极上，其中金属纳米球阵列设置在砷化镓衬底的表面上，该表面与蒸镀背面电极的表面为对立面；去除高分子薄膜，获得背面电极/砷化镓衬底/金属纳米球阵列/石墨烯层；