[發明專利]一種基于表面等離子體增強原理的太陽能電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201410126280.0
• 申請日: 2014-03-31
• 公開（公告）號: CN103887073A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 郭雪峰;李新喜;賈傳成;張國慶
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/042;H01G9/032;H01G9/004;H01G9/14
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢

1.一種基于表面等離子體增強原理的太陽能電池，其包括在背電極上依序層疊排列的：寬禁帶半導體層、光敏化染料層、石墨烯層及金屬納米顆粒層。

2.根據權利要求1所述的基于表面等離子體增強原理的太陽能電池，其特征在于：所述寬禁帶半導體層由下述任意一種半導體材料組成：氧化鋅、二氧化鈦、氮化鎵、碳化硅和硫化鋅；所述寬禁帶半導體層的厚度為300nm～800nm；

所述光敏化染料層由多吡啶釕配合物類染料敏化劑組成；多吡啶釕配合物類染料敏化劑優選為下述任意一種：K19、N3、N719、Z907和Black?dye；所述光敏化染料層的厚度為1～2nm。

3.根據權利要求1或2所述的基于表面等離子體增強原理的太陽能電池，其特征在于：所述石墨烯層為單層石墨烯片；

所述金屬納米顆粒層沉積于所述石墨烯層上，所述金屬納米顆粒由下述至少一種金屬的納米顆粒組成：金、銀和銅；所述金屬納米顆粒層的厚度為5～15nm，所述納米顆粒的粒徑為20～60nm。

4.根據權利要求1-3中任一所述的基于表面等離子體增強原理的太陽能電池，其特征在于：所述背電極由下述至少一種材料組成：銦、銀和鋁；所述背電極的厚度為150nm～200nm。

5.根據權利要求1-4中任一所述的基于表面等離子體增強原理的太陽能電池，其特征在于：所述太陽能電池，其結構還包括設于所述金屬納米顆粒層上的柔性透明材料層；所述柔性透明材料層優選由下述任意一種材料制成：聚丙烯酸甲酯、聚乙烯對苯二甲酯和聚酰亞胺；所述柔性透明材料層的厚度為100-300nm。

6.制備權利要求1-4中任一所述基于表面等離子體增強原理的太陽能電池的方法，包括下述步驟：

1）制備表面平整的寬禁帶半導體；其中，所述寬禁帶半導體的一面為光滑表面，另一面為粗糙表面；

2）在步驟1）制備的表面平整的寬禁帶半導體的粗糙表面蒸鍍金屬，形成背電極；

3）在經步驟2）處理后的寬禁帶半導體的光滑表面組裝光激發染料，形成光敏化染料層；

4）在石墨烯片的一側表面上蒸鍍金屬，然后將其進行退火處理，得到一側表面負載金屬納米顆粒的石墨烯片；

5）將步驟4）制備的一側表面負載金屬納米顆粒的石墨烯片轉移至所述光敏化染料層表面，得到所述基于表面等離子體增強原理的太陽能電池；其中石墨烯片中未負載金屬顆粒的表面與所述光敏化染料層相接觸。

7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于：

所述步驟1）中所述寬禁帶半導體為氧化鋅、二氧化鈦、氮化鎵、碳化硅或硫化鋅；

所述步驟2）中所蒸鍍的金屬選自下述至少一種：銦、銀和鋁；所述背電極的厚度為150nm～200nm；

所述步驟3）中，所述光激發染料為多吡啶釕配合物類染料敏化劑，優選為K19、N3、N719、Z907或Black?dye；

所述光激發染料通過浸涂法或旋涂法組裝到寬禁帶半導體表層，得到厚度為1～2nm的光敏化染料層；

所述步驟4）中，所述金屬選擇下述至少一種：金、銀和銅；

所述步驟4）中，所述蒸鍍金屬的具體方法如下：以所述金屬為靶材，采用真空蒸鍍法在所述石墨烯片上沉積金屬；所述真空蒸鍍法中所采用的真空度為3.5×10^-4～5×10^-4P；所蒸鍍的金屬為5～15nm；

所述退火處理的具體方法如下：在氫氣和氮氣的混合氣氛中，在300-350℃退火30-45min；其中氫氣的流量為550-650sccm，氮氣的流量為550-650sccm。