[發明專利]具有石墨烯的硒化鎘透明薄膜太陽電池

有效

• 申請號: 201210485432.7
• 申請日: 2012-11-26
• 公開（公告）號: CN102931249A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 黃代繪;李衛
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H01L31/0296
• 分類號: H01L31/0296;H01L31/0224;H01L31/073
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于一種半導體薄膜太陽電池的結構設計，特別涉及一種透明薄膜太陽電池。

背景技術

采用太陽能光伏發電，將在緩解化石能源枯竭、減少溫室氣體排放上起著至關重要的作用。由于目前太陽能光伏發電生產成本太高，光伏發電還是不重要的補充能源。而提高太陽電池的轉換效率，是降低光伏發電成本的重要途徑之一。因此，人們非常重視多結疊層太陽電池的研制。

對于疊層薄膜太陽電池而言，頂電池占據整個電池發電功率的2/3以上，起著十分重要的作用，具有較寬的能隙并且在近紅外波段也要有較高的透過率的材料非常適合制作頂電池。人們發現，I-III-VI族和II-VI族多元化合物通過能帶調控可獲得需要的寬能隙材料，如，CuGaSe₂、Cu(InGa)(SeS)₂、Cu(InGa)S₂、CuInS₂、Cd_1-xZn_xTe。但是，上述材料制作成頂電池后，疊層電池性能衰降程度很大。究其原因，一方面，與制作工藝復雜困難、流程偏多導致各個環節相互影響和干擾有關；另一方面，也與底電池和頂電池的工藝匹配有關，如上述材料在制作頂電池的高溫過程導致材料特別是頂電池和底電池之間的過渡材料組分缺失和互擴散。因此，也有采用機械疊層的結構，如，美國可再生能源實驗室(NREL)采用II-VI族化合物CdTe制備了機械疊層CdTe/CuInSe₂(CIS)太陽電池(Prog?Photovolt：Res?Appl，2006，14：471)，但該結構也存在明顯的缺陷和不足，CdTe的能隙與理想雙結太陽電池中頂電池的能隙(Prog?Photovolt：Res?Appl，2003，11：359)相比明顯偏小。

發明內容

本發明的目的是為了消除上述不足或缺陷，進一步改進雙結疊層薄膜太陽電池中透明頂電池的結構設計，提出一種以硒化鎘(CdSe)材料作吸收層，以石墨烯作透明導電背接觸層的透明薄膜太陽電池。為實現本發明目的，本發明的技術方案是：在鍍Ni的Si/SiO₂基片上沉積石墨烯，隨后沉積CdSe，接下來沉積p型ZnSe以及ZnO，最后涂上約10微米雙酚A碳酸鹽的氯仿溶液，用1mol/L的FeCl₃刻蝕掉Ni層，剝離Si/SiO₂基片，獲得石墨烯/CdSe/ZnSe/ZnO樣品，可把上述樣品轉移到其他可支撐的透明柔性或剛性襯底上，也可采用石墨烯本身作為自支撐透明襯底，接上引線，就獲得了CdSe透明薄膜太陽電池。因此，本發明中具有石墨烯的CdSe透明薄膜電池的結構為：石墨烯/CdSe/ZnSe/ZnO，其技術特征是石墨烯作為透明電池的背接觸層，ZnO作為太陽電池的透明前電極，襯底可以是石墨烯本身，也可以直接轉移到其他可支撐的透明剛性襯底或者透明柔性襯底上。本發明中所說的透明導電背接觸層和透明剛性或柔性襯底指的是在紅外波段，太陽光仍然能以大于20％以上的透過率通過上述材料或物質，需要說明的是相對剛性沉底而言，柔性襯底可折疊。在上述方案中石墨烯為n型；CdSe為n型；ZnSe為p型，載流子濃度為10¹⁶～10¹⁹cm^-3；ZnO為p型，載流子濃度為10¹⁶～10²¹cm^-3。

CdSe薄膜室溫下的能隙～1.7eV(接近理想高效雙結疊層薄膜太陽電池頂電池的能隙)，而采用石墨烯作為透明背接觸層，石墨烯的楊氏模量可達1.85GPa，具有自支撐的作用，可用來制作柔性太陽電池；石墨烯在0K附近電子傳輸速度不為零，遷移率可高達4000cm²V^-1S^-1，具有良好的電學性能；并且太陽光通過太陽電池中的石墨烯層，對可見光的吸收只有2.3％，在紅外區石墨烯的透過率為97.7％(Vacuum，2009，83(10)：1248；Science，2008，320(5881)：1308；Phys?Rev?B，2008，78(8)：085432)，滿足頂電池對紅外光具有透明性的要求。因此，這種具有石墨烯的CdSe透明薄膜電池不管從電學性質還是光學性質來說，是頂電池的最佳選擇。

附圖說明

圖1為剝離前CdSe透明薄膜電池的結構示意圖。