[發(fā)明專利]一種石墨烯硅基太陽(yáng)能電池及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410081157.1
• 申請(qǐng)日: 2014-03-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103840017A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 況亞偉;劉玉申;馬玉龍;薛春榮;徐競(jìng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 常熟理工學(xué)院
• 主分類號(hào): H01L31/0224
• 分類號(hào): H01L31/0224;H01L31/18;H01L31/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張俊范

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能電池及其制造方法，特別是涉及一種石墨烯硅基太陽(yáng)能電池及其制造方法。

背景技術(shù)

太陽(yáng)能電池是利用半導(dǎo)體材料的光生伏特效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)換為電能的一種器件。按照結(jié)構(gòu)來(lái)分可以分為由同質(zhì)材料構(gòu)成一個(gè)或多個(gè)PN結(jié)的同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池；由異質(zhì)材料構(gòu)成一個(gè)或多個(gè)PN結(jié)的異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池；由金屬和半導(dǎo)體接觸構(gòu)成的肖特基結(jié)太陽(yáng)能電池；由電解質(zhì)中半導(dǎo)體電極構(gòu)成的光電化學(xué)太陽(yáng)能電池。近年來(lái)發(fā)展最為成熟的硅基半導(dǎo)體PN結(jié)太陽(yáng)能電池面臨高能耗、高成本、高污染等幾大問(wèn)題，相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)已經(jīng)出現(xiàn)瓶頸。目前人們?nèi)ふ倚虏牧希O(shè)計(jì)新結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)新工藝，旨在制備出更高效、更環(huán)保、低成本的新型光伏器件。

石墨烯是一種典型的半金屬，功函數(shù)約為4.8ev，當(dāng)石墨烯與功函數(shù)低于該值的半導(dǎo)體結(jié)合時(shí)，即可形成肖特基結(jié)。以銅和鎳為基底制備出不同厚度的石墨烯薄膜，可見(jiàn)光透過(guò)率為50%～97%（波長(zhǎng)550nm），面電阻在數(shù)十至數(shù)千Ω/sq量級(jí)，具備高透過(guò)率和高電導(dǎo)率。

石墨烯薄膜與n型單晶硅結(jié)合可構(gòu)成石墨烯硅基肖特基結(jié)，并進(jìn)一步組裝成太陽(yáng)能電池，得到1.0%～2.0%的轉(zhuǎn)換效率（Xinming?Li,Hongwei?Zhu,et?al.Adv.Mater.2010,22,2743-2748）；Miao等結(jié)合硅表面的氧化層鈍化和石墨烯的摻雜制備得到了轉(zhuǎn)換效率高達(dá)8.6%的太陽(yáng)能電池（Xiaochang?Miao,Sefaattin?Tongay,et?al.Nano?Lett.2012,12,2745-2750）；張曉珍等通過(guò)合成石墨烯與硅納米線陣列，并進(jìn)行修飾鈍化，以及引入電子阻擋層制備太陽(yáng)能電池，轉(zhuǎn)換效率可達(dá)10.56%（Xiaozhen?Zhang,Jiansheng?Jie,et?al.J.Mater.Chem.A,2013,1,6593-6601）。

與傳統(tǒng)p-n或p-i-n結(jié)構(gòu)的硅基太陽(yáng)能電池相比，石墨烯硅基異質(zhì)結(jié)電池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有效的降低了太陽(yáng)能電池的成本。但目前該結(jié)構(gòu)的光電轉(zhuǎn)換效率仍然不高，一方面，該結(jié)構(gòu)存在較低的肖特基勢(shì)壘高度較低，會(huì)導(dǎo)致較大的漏電流和交叉的器件性能；另一方面，未修飾的硅表面存在嚴(yán)重的電荷復(fù)合問(wèn)題，會(huì)影響器件性能的提高。進(jìn)一步提高石墨烯硅基太陽(yáng)能電池的性能成為目前國(guó)際的研究熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種石墨烯硅基太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)，來(lái)解決石墨烯硅基太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率不高的問(wèn)題。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供這種石墨烯硅基太陽(yáng)能電池的制造方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣的：一種石墨烯硅基太陽(yáng)能電池，包括背電極，背電極上設(shè)置單晶硅片，單晶硅片上設(shè)置二氧化硅層，所述二氧化硅層是具有通孔的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，所述二氧化硅層的表面和由二氧化硅層通孔暴露的單晶硅片表面設(shè)置石墨烯薄膜，所述由二氧化硅層通孔暴露的單晶硅片表面還設(shè)有柵線電極。

優(yōu)選的，所述柵線電極S形布置。

優(yōu)選的，所述柵線電極包括主柵線電極和副柵線電極，所述主柵線電極和副柵線電極交錯(cuò)成網(wǎng)格狀布置。

優(yōu)選的，所述柵線電極包括主柵線電極和副柵線電極，所述主柵線電極將單晶硅片表面分為若干副柵線電極區(qū)，所述副柵線電極布置于副柵線電極區(qū)內(nèi)并與主柵線電極連接，副柵線電極與主柵線電極夾角α為30°～80°，所述相鄰副柵線電極區(qū)內(nèi)副柵線電極以劃分相鄰副柵線電極區(qū)的主柵線電極為對(duì)稱軸對(duì)稱布置。

優(yōu)選的，所述柵線電極材料由Au、Ag、Pt、Ni、ZnO、ITO、TiO₂及其納米材料的一種或幾種構(gòu)成。

一種石墨烯硅基太陽(yáng)能電池的制造方法，依次包括在單晶硅片前表面制備環(huán)狀二氧化硅層；在二氧化硅層的表面和由二氧化硅層通孔暴露的單晶硅片表面制備石墨烯薄膜；在位于二氧化硅層通孔內(nèi)的石墨烯薄膜表面制備柵線電極；在單晶硅片后表面制備背電極。

本發(fā)明的另一種石墨烯硅基太陽(yáng)能電池的制造方法，依次包括在單晶硅片前表面制備環(huán)狀二氧化硅層；在二氧化硅層通孔暴露的單晶硅片表面制備柵線電極；在二氧化硅層的表面和由二氧化硅層通孔暴露的單晶硅片表面制備石墨烯薄膜；在單晶硅片后表面制備背電極。

優(yōu)選的，采用直接轉(zhuǎn)移、甩膜、噴涂、浸沾、過(guò)濾或石墨烯有機(jī)懸浮液平鋪方式制備石墨烯薄膜。

優(yōu)選的，采用絲網(wǎng)印刷、光刻或噴墨方式制備柵線電極。