[發(fā)明專利]基于納米石墨電子傳輸層的多量子阱光伏電池及制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510718513.0
• 申請(qǐng)日: 2015-10-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105244390A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-01-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余錫賓;吳剛;楊海;吳圣垚
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海師范大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L31/0352
• 分類號(hào): H01L31/0352;H01L31/18;H01L51/48;H01L51/44;H01G9/20
• 代理公司: 上?？剖⒅R(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 趙志遠(yuǎn)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光伏電池的制備，尤其是涉及一種基于納米石墨電子傳輸層的多量子阱光伏電池及制備方法。

背景技術(shù)

太陽(yáng)能電池是21世紀(jì)的研究熱點(diǎn)。自1954年，第一塊太陽(yáng)能電池在貝爾實(shí)驗(yàn)室誕生以來(lái)，經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的研究與發(fā)展，太陽(yáng)能電池技術(shù)有了長(zhǎng)足的發(fā)展與進(jìn)步。其已經(jīng)進(jìn)入第三代的發(fā)展。第一代太陽(yáng)能電池為晶圓技術(shù)，以硅元素為主，其技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。目前占全部各類太陽(yáng)能電池生產(chǎn)量的90％以上，其中又以價(jià)格、效率(約為15％)較低的多晶硅太陽(yáng)能電池為主。第二代的太陽(yáng)能電池為薄膜技術(shù)，制作程序比硅晶圓技術(shù)變化多且制作成本更低。但達(dá)到可供電力使用的只有CuInSe(CIS)太陽(yáng)能電池，效率約為13％，其他比較廉價(jià)且效率中等的薄膜電池有微晶硅(約8％)、非晶硅(約10％)、ⅱ-ⅵ族(約10％)。第三代太陽(yáng)能電池包含所有創(chuàng)新、萌芽中的新型太陽(yáng)能電池技術(shù)。包括疊層、量子點(diǎn)、多能帶、熱光伏、多載流子等光伏電池。除疊層光伏電池效率較高外，其他光伏電池的效率仍然很低。

Tang在1979年用兩種不同的有機(jī)染料制成的異質(zhì)結(jié)實(shí)現(xiàn)了1％的電池效率，并于1986年報(bào)道了這一有機(jī)太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的突破。通過(guò)人們的不斷研究，已了解了異質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)電子-空穴對(duì)的分離及傳輸作用，但有機(jī)太陽(yáng)能電池仍然無(wú)法獲得理想的效率。影響其最終效率的一個(gè)重要因素就是載流子的再?gòu)?fù)合損失。如何將光生載流子分離并傳輸?shù)诫姌O收集，已經(jīng)成為光伏領(lǐng)域中迫切需要解決的關(guān)鍵技術(shù)。傳統(tǒng)的有機(jī)載流子傳輸層不夠穩(wěn)定。對(duì)環(huán)境不友好且價(jià)格較昂貴。

納米石墨除了具有導(dǎo)電、導(dǎo)熱性好，熱穩(wěn)定性高，載流子傳輸速率快等優(yōu)點(diǎn)外，它還具有比表面積大，活性高等優(yōu)點(diǎn)。不僅能增加光捕獲，提高光利用率；還能延長(zhǎng)載流子復(fù)合時(shí)間，提升少子壽命。石墨本身的優(yōu)良導(dǎo)電性能提高少子(電子)的收集與傳輸。是一種價(jià)格便宜，環(huán)境友好，且穩(wěn)定較高的電子傳輸層。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于納米石墨電子傳輸層的多量子阱光伏電池及其制備方法，本發(fā)明不僅能大幅提高光伏電池的少子壽命、量子效率等光電性能，還能極大的增大光電流。進(jìn)而提高最終的光電轉(zhuǎn)換效率。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種基于納米石墨電子傳輸層的多量子阱光伏電池，該電池包括層狀鋪設(shè)的前電極、減反層、N型硅、P型硅及背電極，在減反層與N型硅之間設(shè)有一層由石墨與半導(dǎo)體量子點(diǎn)組成的復(fù)合層。

所述的石墨為天然石墨、電極石墨、細(xì)結(jié)構(gòu)石墨或納米石墨中的一種或幾種。

所述的半導(dǎo)體量子點(diǎn)為氧化鋅、氧化鉛、氧化錫、氧化鉻或氧化銻中的一種。

所述的光伏電池為晶硅電池、染料敏化電池、有機(jī)薄膜電池或鈣鈦礦電池中的一種。

由石墨與半導(dǎo)體量子點(diǎn)組成的復(fù)合層沉積在N型硅上，且由石墨與半導(dǎo)體量子點(diǎn)組成的復(fù)合層的粒徑控制在1～500nm。

基于納米石墨電子傳輸層的多量子阱光伏電池的制備方法，包括以下步驟：

1)配制半導(dǎo)體量子點(diǎn)溶膠：用半導(dǎo)體金屬源、溶劑及表面活性劑配成半導(dǎo)體量子點(diǎn)溶膠，其中半導(dǎo)體金屬離子的濃度為0.01-0.5mol/L，表面活性劑的濃度為3.3-13.4g/L；

本步驟中，所述的半導(dǎo)體金屬源選自醋酸鋅、醋酸鉛、四氯化錫、氯化鉻或醋酸銻中的一種。所述的溶劑選自水、甲醇、乙醇、丙酮或甲苯中的一種。所述的表面活性劑選自羧甲基纖維素(CMC)、聚乙烯醇(PEG)、聚乙烯(PE)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、硬酯酸單甘油酯(GMS)或三硬脂酸甘油酯(HTG)中的一種。

2)向半導(dǎo)體量子點(diǎn)溶膠中加入納米級(jí)石墨碳源，使得石墨的濃度為10-60mg/L，充分?jǐn)嚢?，?qiáng)力超聲以剪切溶膠的粒徑，得到石墨與半導(dǎo)體量子點(diǎn)的復(fù)合膠體；

本步驟中，石墨碳源選自天然石墨、電極石墨、細(xì)結(jié)構(gòu)石墨或納米石墨中的一種或幾種，石墨的粒徑為1～100nm；

3)晶硅片的預(yù)處理：將N型硅片浸漬到清洗液中清洗，去除N型硅片表面的油污和二氧化硅層；取出后在去離子水中超聲清洗，瀝水，吹干。

本步驟中，所述的清洗液為氫氟酸溶液，濃度優(yōu)選為1mol/L。

4)半導(dǎo)體層和電子傳輸層的沉積生長(zhǎng)：將清洗后的N型硅片浸漬到步驟2)所得復(fù)合膠體中沉積生長(zhǎng)半導(dǎo)體量子層和電子傳輸層，即由石墨與半導(dǎo)體量子點(diǎn)組成的復(fù)合層；

5)快速退火處理：對(duì)步驟4)所得由石墨與半導(dǎo)體量子點(diǎn)組成的復(fù)合層進(jìn)行快速退火處理；電子傳輸層經(jīng)快速退火處理后，電子傳輸層與半導(dǎo)體量子層，N型硅以及前電極能形成良好的歐姆接觸。