[發明專利]太陽能電池結構及其制備方法

無效

• 申請號: 201310201562.8
• 申請日: 2013-05-27
• 公開（公告）號: CN103325855A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 于淑珍;董建榮;李奎龍;孫玉潤;曾徐路;趙春雨;趙勇明;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: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;H01L31/18
• 代理公司: 深圳市銘粵知識產權代理有限公司 44304
• 代理人: 楊林;李友佳

技術領域

本發明設計半導體材料的技術領域，尤其是一種新型太陽能電池的結構及其制備方法。

背景技術

半導體材料太陽電池器件制備中，一方面由于其窗口層材料的方塊電阻相對較大，使光生載流子的橫向運輸受到限制，所以需要制備柵線金屬電極以更好地收集電流，導致柵線金屬電極遮擋部分入射光，降低了有效的光吸收面積。而另一方面，光照面反射引起的光損失也是電池的光吸收效率低的一個原因。

發明內容

鑒于現有技術的不足，本發明提供一種太陽能電池結構，從下至上依次包括襯底、電池組件、頂電池窗口層，還包括分散在所述頂電池窗口層表面、并與所述頂電池窗口層成歐姆接觸的金屬納米顆粒層，以及覆設于所述金屬納米顆粒層上、并與所述金屬納米顆粒層成歐姆接觸的石墨烯層。

優選地，還包括設置在所述石墨烯層表面的抗反膜。

優選地，還包括設置于所述石墨烯層表面的頂電極；以及設置于所述襯底底部的底電極，用于與外電路電連接。

優選地，所述電池組件為多結電池，所述電池組件包括至少兩個電池層以及形成于兩相鄰電池層之間的隧道結。

優選地，所述石墨烯層為單層石墨烯；所述襯底材質為GaAs、InP、Ge或Si任一種；所述抗反膜的材質為SiO₂、TiO₂、MgF或ZnS。

優選地，所述金屬納米粒子材料為金、鍺、鎳、鈦、鉑、銀、銅中的一種或多種。

優選地，所述金屬納米顆粒層的直徑范圍為10～150nm，并具有納米陷光效應。

本發明還提供這種太陽能電池結構的制備方法，包括如下步驟：

A、在襯底上依次生長電池組件、頂電池層、頂電池窗口層；

B、在頂電池窗口層表面制備金屬納米顆粒層；

C、然后將一石墨烯層覆設于所述金屬納米顆粒層上；

D、在所述石墨烯層上生長頂電極、抗反膜；

E、在所述襯底底部生長底電極。

優選地，利用金屬有機化學氣相沉積法(MOCVD)或分子束外延法(MBE)生長各層電池材料和隧道結。

優選地，采用化學濕法或旋涂法在頂電池窗口層表面制備金屬納米顆粒層。

優選地，所述石墨烯采用化學氣相沉積技術制備(CVD)。

優選地，所述石墨烯層是采用干法轉移或濕法轉移至所述金屬納米顆粒層上的。

有益效果：

本發明提供采用石墨烯/金屬納米顆粒復合形成的透明電極替代了傳統電池中的條形金屬柵電極，可以消除太陽能電池表面柵線電極造成遮光影響。同時，具有納米陷光效應的金屬鈉米顆粒可以降低光照面的反射，增強太陽光的吸收效率，提高電池的轉換效率，同時降低多結太陽電池的成本，加快太陽能發電技術的應用與發展。

附圖說明

圖1是本發明實施例1四結級聯太陽電池的結構示意圖。

圖2是本發明實施例1四結級聯太陽電池未形成底電極前的俯視圖。

圖3是本發明實施例2三結級聯太陽電池的結構示意圖。

圖4是本發明實施例3雙結級聯太陽電池的結構示意圖。

圖5是本發明實施例4單結級聯太陽電池的結構示意圖。

具體實施方式

下面，將結合附圖對本發明實施例作詳細說明。

實施例1

參閱圖1、圖2所示，本實施例提供一種GaAs基石墨烯/金屬納米粒子復合電極GaInP/GaAs/InGaAs/InGaAs(1.9/1.42/1.0/0.7eV)四結級聯太陽電池，其結構從下至上包括：

底電極10，Si支撐襯底11，太陽能電池組件A，頂電池窗口層19，以及分散在所述頂電池窗口層19表面、并與所述頂電池窗口層19成歐姆接觸的金納米顆粒層20，和覆設于所述金納米顆粒層20上、并與所述金納米顆粒層20成歐姆接觸的石墨烯層30，在石墨烯層30上生長頂電極40和抗反膜50；其中四結級聯的太陽能電池組件A結構是：從下至上生長的第一電池層12、第一隧道結13、第二電池層14、第二隧道結15、第三電池層16、第三隧道結17、第四電池層18。

下面介紹這種太陽能電池的制備方法：