[發(fā)明專利]具有石墨烯的硒化鎘透明薄膜太陽電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210485432.7
• 申請日: 2012-11-26
• 公開（公告）號: CN102931249A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃代繪;李衛(wèi)
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號: H01L31/0296
• 分類號: H01L31/0296;H01L31/0224;H01L31/073
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于一種半導(dǎo)體薄膜太陽電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，特別涉及一種透明薄膜太陽電池。

背景技術(shù)

采用太陽能光伏發(fā)電，將在緩解化石能源枯竭、減少溫室氣體排放上起著至關(guān)重要的作用。由于目前太陽能光伏發(fā)電生產(chǎn)成本太高，光伏發(fā)電還是不重要的補(bǔ)充能源。而提高太陽電池的轉(zhuǎn)換效率，是降低光伏發(fā)電成本的重要途徑之一。因此，人們非常重視多結(jié)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(jù)整個(gè)電池發(fā)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(fā)現(xiàn)，I-III-VI族和II-VI族多元化合物通過能帶調(diào)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(fù)雜困難、流程偏多導(dǎo)致各個(gè)環(huán)節(jié)相互影響和干擾有關(guān)；另一方面，也與底電池和頂電池的工藝匹配有關(guān)，如上述材料在制作頂電池的高溫過程導(dǎo)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(kuò)散。因此，也有采用機(jī)械疊層的結(jié)構(gòu)，如，美國可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)采用II-VI族化合物CdTe制備了機(jī)械疊層CdTe/CuInSe₂(CIS)太陽電池(Prog?Photovolt：Res?Appl，2006，14：471)，但該結(jié)構(gòu)也存在明顯的缺陷和不足，CdTe的能隙與理想雙結(jié)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(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了消除上述不足或缺陷，進(jìn)一步改進(jìn)雙結(jié)疊層薄膜太陽電池中透明頂電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提出一種以硒化鎘(CdSe)材料作吸收層，以石墨烯作透明導(dǎo)電背接觸層的透明薄膜太陽電池。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)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(zhuǎn)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(fā)明中具有石墨烯的CdSe透明薄膜電池的結(jié)構(gòu)為：石墨烯/CdSe/ZnSe/ZnO，其技術(shù)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(zhuǎn)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(fā)明中所說的透明導(dǎo)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(zhì)，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(jié)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(dá)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(dá)4000cm²V^-1S^-1，具有良好的電學(xué)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(qū)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(xué)性質(zhì)還是光學(xué)性質(zhì)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(jié)構(gòu)示意圖。