[發明專利]一種摻雜型光伏薄膜材料

有效

• 申請號: 201610651872.3
• 申請日: 2016-08-11
• 公開（公告）號: CN106024935B
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發明（設計）人: 方澤波
• 申請（專利權）人: 紹興文理學院
• 主分類號: H01L31/0392
• 分類號: H01L31/0392;H01L31/04;H01L31/18
• 代理公司: 北京華仲龍騰專利代理事務所(普通合伙)11548
• 代理人: 李靜

技術領域

本發明屬于薄膜太陽能電池技術領域，具體涉及一種摻雜型光伏薄膜材料。

背景技術

世界經濟的現代化，得益于化石能源，如石油、天然氣與煤炭的廣泛的投入應用。因而它是建筑在化石能源基礎之上的一種經濟。然而，由于這一經濟的資源載體將在21世紀迅速地接近枯竭。因此開發和利用新的能源迫在眉睫。

太陽能電池是通過光電效應或者光化學效應直接把光能轉化成電能的裝置。1839年，光生伏特效應第一次由法國物理學家A.E.Becquerel發現。1883年第一塊太陽能電池由Charles.Fritts制備成功。Charles用鍺半導體上覆上一層極薄的金層形成半導體金屬結，器件只有1％的效率。1946年Russell.Ohl申請了現代太陽能電池的制造專利。到了1950年代，隨著半導體物性的逐漸了解，以及加工技術的進步，1954年當美國的貝爾實驗室在用半導體做實驗發現在硅中摻入一定量的雜質后對光更加敏感這一現象后，第一個太陽能電池1954年在貝爾實驗室誕生。太陽能電池技術的時代終于到來。

太陽能電池根據所用材料的不同，太陽能電池還可分為：硅太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池、聚合物多層修飾電極型太陽能電池、納米晶太陽能電池、有機太陽能電池、塑料太陽能電池等。

然而，該類材料仍然需要提高光電轉化效率，降低制備材料的成本，例如CuInGaSe[CIGS]中的銦和鎵在地球儲備含量中非常稀少，如果進行大規模生產，勢必會顯著影響其生產結構、成本和價格以及整個產業鏈可持續發展的周期等。

發明內容

本發明的目的是提供一種摻雜型光伏薄膜材料，本發明制備的光伏薄膜材料具有良好的半導體性質，成本低，能夠持續大規模生產，用于太陽能電池等眾多領域。

一種摻雜型光伏薄膜材料，在n型Si基片上依次設置有碳摻雜二氧化硅層和無缺陷摻雜型石墨烯層，形成具有光伏和光電導效應的摻雜型光伏薄膜材料。

所述摻雜型光伏薄膜材料的制備方法，其步驟如下：

步驟1，配置二氧化硅電泳液：將納米二氧化硅、分散劑和醇溶液進行混合，超聲分散得到電泳液；

步驟2，二氧化硅薄膜沉積：將電泳液沉積到n型Si基片上，得到二氧化硅薄膜層；

步驟3，碳摻雜二氧化硅層：在二氧化硅薄膜層表面涂覆活性炭薄涂層，高溫燒結，得到二氧化硅與碳化硅的混合層；

步驟4，石墨烯鍍膜：在碳摻雜二氧化硅層表面旋轉涂抹石墨烯膜層；

步驟5，石墨烯摻雜：在氣體保護下，石墨烯膜層與三氯化硼經升溫高壓反應，得到硼摻雜石墨烯；

步驟6，石墨烯缺陷修復：將步驟5中的材料放置在甲胺氣體條件下，加壓加熱，反應后得到摻雜型光伏薄膜材料。

所述步驟1中的納米二氧化硅、分散劑和醇溶液的質量配比為納米二氧化硅10-20份、分散劑3-5份和醇溶液50-75份。

所述分散劑采用聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺或聚乙烯蠟中的一種，所述納米二氧化硅的粒徑為50-200nm，所述醇溶液采用C2-C5低分子醇。

所述步驟1中的超聲頻率為5-12MHz，超聲時間為20-30min。

所述步驟2中的沉積的電流強度為2-20mA，沉積時間為10-30s。

所述步驟3中的涂覆采用旋轉涂覆法，高溫燒結溫度為200-400℃，燒結時間為3-8h；所述活性炭涂膜液采用活性炭濃度為0.1-0.8mg/L的無水乙醇溶液，所述活性炭加載量是二氧化硅含量的1-3％。

所述步驟4中的石墨烯膜層厚度為0.1-10μm，所述石墨烯鍍膜液采用氧化石墨烯溶液提拉后氧化還原反應制得。

所述提拉速度為600mm/min，停留時間為5s，提拉次數為10-15次，氧化石墨烯溶液的濃度為1-1.9g/L。

所述氧化還原反應是在水浴中與水合肼回流反應12-18h，所述水合肼的加入量是石墨烯質量的0.01％。

所述步驟5中的高溫為400-600℃，高壓為1-3.2MPa，保護氣為氮氣或惰性氣體。

所述步驟6中的壓力為0.3-0.8MPa，溫度為150-200℃，反應時間為3-6h。

所述步驟6中的反應結束后采用蒸餾水進行清洗，然后50-70℃烘干。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

1、本發明制備的光伏薄膜材料具有良好的半導體性質，成本低，能夠持續大規模生產，用于太陽能電池等眾多領域。

2、本發明光電轉化率可以達到大規模商用化的光電轉化率標準。