[實用新型]基于石墨烯的柔性碲化鎘薄膜太陽能電池

有效

• 申請號: 201520181122.5
• 申請日: 2015-03-27
• 公開（公告）號: CN204497243U
• 公開（公告）日: 2015-07-22
• 發明（設計）人: 吳京錦;趙策洲;趙胤超
• 申請（專利權）人: 西交利物浦大學
• 主分類號: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 范晴

技術領域

本實用新型涉及一種碲化鎘薄膜太陽能電池，尤其是涉及一種基于石墨烯的柔性碲化鎘薄膜太陽能電池。

背景技術

在當今追求節能、環保的潮流中，清潔、可再生能源的開發和利用顯得尤為重要。其中，取之不盡、用之不竭的太陽能受到了人們極大的關注。將太陽能轉化為電能的太陽能電池一般分為硅類太陽能電池、有機太陽能電池、化合物半導體太陽能電池等，其中碲化鎘薄膜太陽能電池，作為最有發展前景的太陽能電池之一，具有高效率，制作工藝簡單，且可大規模生產等優點。

現有技術中碲化鎘薄膜太陽能電池一般由玻璃襯底，透明電極層，高阻層，硫化鎘窗口層，碲化鎘吸收層以及背接觸層和背電極層這七層結構組成。根據制作工藝順序，碲化鎘薄膜太陽能電池可分為由上到下配置和由下到上配置，一般由上到下配置的太陽能電池的光轉換效率比由下到上配置的光轉換效率高。在由上到下配置的太陽能電池中，碲化鎘薄膜太陽能電池在覆有透明導電層的玻璃襯底上制備。因為玻璃襯底都是硬質的，不能曲折，而在由下到上配置的碲化鎘薄膜太陽能電池中，沉積碲化鎘薄膜的基底可以選擇金屬箔或者其他柔性襯底，從而使柔性電池成為可能。

另外，傳統的透明導電層有氧化銦錫、摻氟氧化錫和摻鋁氧化鋅，均具有很高的透光性（T>90%）,?低的方塊電阻（30?左右）等透明導電氧化物。但這些透明導電薄膜的缺點是脆性易碎且折射率高。另外，這些透明導電氧化物一般涉及到一些資源有限、價格高昂的金屬，比如銦、錫等，進而提高了碲化鎘薄膜太陽能電池的制作成本。

同時碲化鎘薄膜太陽能電池的背接觸層也是限制它發展的一大因素。由于碲化鎘薄膜的功函數5.5eV,為了避免形成肖特基勢壘，要求和碲化鎘接觸的背接觸層的功函數大于5.5eV,但事實上滿足這條件的材料稀少且價格昂貴。

實用新型內容

本實用新型目的是：提供一種基于石墨烯的柔性碲化鎘薄膜太陽能電池，不僅制備方法簡單，而且能夠有效提高柔性碲化鎘薄膜太陽能電池的彎曲角度和彎折重復性。

本實用新型的技術方案是：一種基于石墨烯的柔性碲化鎘薄膜太陽能電池，包括自下而上依次設置的鉬箔背電極層、p型石墨烯背接觸層、p型碲化鎘薄膜吸收層、n型硫化鎘薄膜窗口層、本征氧化鋅薄膜高阻層、n型石墨烯導電層和透明高分子材料防護層。

作為優選的技術方案，所述p型石墨烯背接觸層為單層或多層p型摻雜石墨烯薄膜，其摻雜元素選自硼、鉑、金、銅或銀；

所述n型石墨烯導電層為單層或多層n型摻雜石墨烯薄膜，其摻雜元素選自氮、磷、氧或氯。

作為優選的技術方案，所述透明高分子材料防護層選自PI、PET、PVC、LDPE或PC透明高分子薄膜。

作為優選的技術方案，所述鉬箔背電極層的厚度為100nm～400nm;

所述p型石墨烯背接觸層的厚度為0.35nm～5nm;

所述p型碲化鎘薄膜吸收層的厚度為5um～15um；

所述n型硫化鎘薄膜窗口層的厚度為100nm～300nm;

所述本征氧化鋅薄膜高阻層的厚度為50nm～250nm;

所述n型石墨烯導電層的厚度為0.35nm～1nm;

所述透明高分子材料防護層的厚度為200um～2mm。

上述基于石墨烯的柔性碲化鎘薄膜太陽能電池的制備方法，包括以下步驟：

1）將鉬箔超聲波清洗后放于石英舟上并置于管式爐中央，在氫氣和氬氣保護下加熱到800～1100℃后退火30～60mins，然后同時通入碳源和待摻雜元素進行p型摻雜石墨烯薄膜沉積，沉積時間為30～200mins，冷卻后得到p型石墨烯背接觸層；

2）采用近空間升華法在步驟1）所得到的p型石墨烯背接觸層上制備p型碲化鎘薄膜吸收層；

3）采用真空蒸發沉積法在步驟2）所得到的p型碲化鎘薄膜吸收層上制備n型硫化鎘薄膜窗口層；

4）采用磁控濺射法在步驟3）所得到的n型硫化鎘薄膜窗口層上制備本征氧化鋅薄膜高阻層；