[發明專利]一種電場調控的石墨烯/砷化鎵太陽電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201410827634.4
• 申請日: 2014-12-29
• 公開（公告）號: CN104576787A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 林時勝;李曉強;陳紅勝;駱季奎;李爾平;王朋;章盛嬌;徐志娟
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/18
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 韓介梅

技術領域

本發明涉及一種太陽電池及其制造方法，尤其是一種電場調控的石墨烯/砷化鎵太陽電池及其制備方法，屬于太陽電池技術領域。

背景技術

太陽電池作為一種可再生綠色能源正在人類的可持續發展中起到非常關鍵的作用。光伏發電發展較早的德國已經有超過50%的發電來自于光伏發電，中國在2013年的光伏新增安裝容量也達到12GW，于2012年相比增幅超過200%。在所有光伏發電技術中，硅基太陽電池，特別是晶體硅太陽電池占據市場約90%的份額。硅材料的提純、硅太陽電池較復雜的工藝以及由此帶來的環境污染問題也同時引起了廣泛的關注。另一方面，硅電池技術在經歷了60多年的發展后，發電效率的提升已經遇到瓶頸。硅材料禁帶寬度較窄，同時是間接禁帶，不是最理想的基礎材料。砷化鎵具有較合適的禁帶寬度，也是直接帶隙材料，同時還具有比硅更高的載流子遷移率，因此，空間高效率太陽電池一般采用砷化鎵材料制造。但傳統砷化鎵太陽電池的制造成本較高，限制了其大范圍應用。

自從石墨烯材料在2004年首次被發現，越來越多的研究發現石墨烯材料具有優異的電學、光學性質，如極高的載流子遷移率、高透光新、高的楊氏模量等。這些獨特的性質使石墨烯可以廣泛的應用于光伏發電領域。最近幾年的研究發現，石墨烯/半導體異質結結構是一種理想的太陽電池結構，但目前得到的光電轉化效率還明顯低于市場主流硅太陽電池效率，其中重要的一個限制因素就是石墨烯的摻雜。石墨烯可以通過化學方法來進行摻雜，但穩定性較差。另外，石墨烯的摻雜特性可以通過外加電場來控制，因此，本發明提出了電場調控的石墨烯/砷化鎵太陽電池結構，并利用簡單工藝實現了所述太陽電池的制備，并獲得了較目前石墨烯太陽電池最高效率更好的光電轉化性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種光電轉化效率高，制備工藝簡單的電場調控的石墨烯/砷化鎵太陽電池及其制備方法。

本發明的電場調控的石墨烯/砷化鎵太陽電池，自下而上依次有背面電極、n型摻雜或p型摻雜的砷化鎵層、石墨烯層、絕緣介質層和柵極，所述的太陽電池還設有正面電極，正面電極設置在石墨烯層上。

所述的石墨烯層中石墨烯通常為1-10層，

所述的絕緣介質層可以為Al₂O₃、SiO₂、SiN_x、TiO₂、SiC、SiON、HfO₂、AlN、BN、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚碳酸酯（PC）和聚苯乙烯（PS）中的一種或幾種的疊層，厚度通常為0.4nm-100μm。

所述的柵極通常為金、鈀、銀、鈦、鉻、鎳、石墨烯、AZO、ITO和FTO中的一種或者幾種的復合電極。

所述的背面電極可以為金、鈀、銀、鈦、鉻、鎳、AZO、ITO和FTO中的一種或者幾種的復合電極。

所述的正面電極可以為金、鈀、銀、鈦、銅、鉑、鉻、鎳、ITO、FTO和AZO中的一種或者幾種的復合電極。

制備上述的電場調控的石墨烯/砷化鎵太陽電池的方法，包括如下步驟：

1）在潔凈的n型摻雜或p型摻雜的砷化鎵片的一面制作背面電極；

2）將步驟1）所得砷化鎵片在化學溶液中浸泡5s~30m進行表面清洗，取出并干燥；

3）將石墨烯轉移至步驟2）所得砷化鎵片的另一面上；

4）在石墨烯層上制作正面電極，并在石墨烯層表面預留生長絕緣介質層的面積；

5）在石墨烯層上制作絕緣介質層；

6）在絕緣介質層上制作柵極。

上述技術方案中，步驟2）所述的化學溶液可以為HCl、HNO₃、H₂SO₄、KOH或NaOH的水溶液。

本發明與現有技術相比具有的有益效果是：

本發明制備的太陽電池可通過電場調控對石墨烯的摻雜特性進行控制，從而調控太陽電池的性能，可獲得轉化效率更高的石墨烯/砷化鎵太陽電池，且本發明的方法工藝簡單，便于推廣。

附圖說明：

圖1為石墨烯/砷化鎵太陽電池的結構示意圖；

圖2為調控電場對石墨烯/砷化鎵太陽電池的電池效率的影響。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明做進一步說明。