[發明專利]新型石墨烯/半導體多結級聯太陽電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201310058784.9
• 申請日: 2013-02-25
• 公開（公告）號: CN103107229A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 于淑珍;董建榮;李奎龍;孫玉潤;趙勇明;趙春雨;楊輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: H01L31/078
• 分類號: H01L31/078;H01L31/0224;H01L31/18
• 代理公司: 北京華夏博通專利事務所(普通合伙) 11264
• 代理人: 孫東風;王鋒

技術領域

本發明涉及太陽能電池領域，尤其涉及一種新型石墨烯/半導體多結級聯太陽電池及其制備方法。

背景技術

目前效率最高的多結電池(聚光效率43.5%)為GaAs襯底上晶格失配的GaInP/GaAs/InGaAs?(1.9/1.42/1.0eV)三結電池和晶格匹配GaInP/GaAs/InGaAsN?(1.9/1.42/1.0eV)三結電池。為進一步提高電池效率，需要增加第四結電池以增大太陽光譜的吸收范圍。目前的技術方案主要有三種：

(1)晶格失配生長，即在GaAs襯底上生長GaInP/GaAs/InGaAs/InGaAs?(1.9/1.42/1.0/0.76eV)四結電池或在Ge上生長GaInP/GaAs/InGaAs三結電池；

(2)晶格匹配生長，在Ge上生長GaInP/GaAs/InGaAsN三結電池；

(3)鍵合技術，將GaInP/GaAs/InGaA三結電池或GaInP/GaAs/InGaAsN三結電池與Ge電池鍵合或GaAs襯底上的GaInP/GaAs雙結電池與InP襯底上的GaInAsP/InGaAs(1.05/0.76eV)雙結電池鍵合。

但前述的這些技術方案均存在各自的困難，例如，在三結電池的晶格失配生長的基礎上再繼續生長第四結電池會使材料質量更差，而在Ge襯底上生長晶格匹配和/或晶格失配半導體多結電池時存在反相疇和互擴散等問題，使Ge襯底上的GaInP/GaAs/InGaAs晶格失配生長和GaInP/GaAs/InGaAsN晶格匹配生長均比GaAs襯底上的生長困難很多。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種新型石墨烯/半導體多結級聯太陽電池，以解決不同技術方案中Ge襯底上四結電池制作中存在的困難或制作低成本的III-V族/Si多結太陽電池，藉以克服現有技術中多結電池難以制作、成本高等缺陷。

本發明的另一目的在于提供一種制備前述新型石墨烯/半導體多結級聯太陽電池的方法。

為實現上述發明目的，本發明采用了如下技術方案：

一種新型石墨烯/半導體多結級聯太陽電池，包括依次鍵合串聯的剝離襯底的倒裝PN結型多結電池、金屬納米粒子以及肖特基單結電池，其中，所述肖特基單結電池包括導電襯底及覆設于所述導電襯底一端面上的石墨烯膜，而所述金屬納米粒子分別與所述倒裝PN結型多結電池中遠離被剝離襯底的第一歐姆接觸層和所述石墨烯膜形成歐姆接觸。

所述倒裝PN結型多結電池的襯底可選用但不限于GaAs襯底。

所述導電襯底可選用但不限于Si或Ge襯底。

所述新型石墨烯/半導體多結級聯太陽電池還可包括：

與所述倒裝PN結型多結電池中被剝離襯底后露出的第二歐姆接觸層配合的第一歐姆電極；

以及，與所述導電襯底的另一端面配合的第二歐姆電極。

進一步的，所述PN結型倒裝多結電池的帶隙沿遠離被剝離GaAs襯底的方向逐漸減小，并且所述PN結型倒裝多結電池的帶隙大于所述肖特基單結電池中導電襯底的帶隙。

作為較為優選的實施方案之一，所述第一歐姆電極上還覆設有抗反射膜。

作為較為優選的實施方案之一，所述石墨烯膜采用單層石墨烯。

作為較為優選的實施方案之一，所述倒裝PN結型多結電池包括GaInP/GaAs雙結電池。

如上所述新型石墨烯/半導體多結級聯太陽電池的制備方法，其特征在于，包括：

（1）提供在襯底上形成的倒裝PN結型多結電池和主要由導電襯底和覆設于導電襯底一端面的石墨烯膜組成的肖特基單結電池；

(2)?在遠離襯底方向的倒裝PN結型多結電池表面制備直徑均勻、密度均勻的金屬納米粒子；

（3）將所述倒裝PN結型多結電池、金屬納米粒子和所述肖特基單結電池依次鍵合串聯，并使所述金屬納米粒子分別與所述倒裝PN結型多結電池中遠離被剝離襯底的第一歐姆接觸層和所述石墨烯膜形成歐姆接觸；

（4）剝離所述倒裝PN結型多結電池的襯底，并在所述倒裝PN結型多結電池中被剝離襯底后露出的第二歐姆接觸層上形成第一歐姆電極，而在所述導電襯底的另一端面配合的第二歐姆電極。

作為較為優選的實施方案之一，所述肖特基單結電池的制備工藝包括：

將預先制備的單層石墨烯轉移到導電襯底表面，形成肖特基單結電池。

與現有技術相比，本發明至少具有下列優點：

（1）采用單層石墨烯/Ge或Si肖特基結單結電池代替PN結型Ge或Si電池，可以簡化Ge或Si電池制作工藝、降低電池成本；