[實用新型]具有環形絕緣層結構的石墨烯硅基太陽能電池

有效

• 申請號: 201621282972.5
• 申請日: 2016-11-28
• 公開（公告）號: CN206441744U
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 況亞偉;馬玉龍;倪志春;魏青竹;楊希峰;朱丹鳳;劉玉申;馮金福
• 申請（專利權）人: 常熟理工學院;蘇州騰暉光伏技術有限公司
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/0745;H01L31/18
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 張俊范

技術領域

本實用新型涉及一種石墨烯硅基太陽能電池，尤其是涉及一種具有環形絕緣層結構的石墨烯硅基太陽能電池。

背景技術

太陽能電池按照結構來分可以分為由同質材料構成一個或多個PN結的同質結太陽能電池；由異質材料構成一個或多個PN結的異質結太陽能電池；由金屬和半導體接觸構成的肖特基結太陽能電池；由電解質中半導體電極構成的光電化學太陽能電池。近年來發展最為成熟的硅基半導體PN結太陽能電池面臨高能耗、高成本、高污染等幾大問題。

石墨烯是零帶系半導體，其能帶結構在K空間成對頂的雙錐形，費米面在迪拉克點之上，石墨烯為n型，費米面在狄拉克點以下為p型。石墨烯薄膜與n型單晶硅結合可構成石墨烯硅基肖特基結，并進一步組裝成太陽能電池。

與傳統p-n或p-i-n結構的硅基太陽能電池相比，石墨烯硅基異質結電池結構簡單，避免了復雜的高溫擴散工藝，制備過程環保，有效的降低了太陽能電池的成本。但目前該結構電池光電轉換效率不高，其中一個主要問題在于石墨烯與硅基形成異質結構的界面態缺陷較多，從而導致光生載流子收集過程中在界面處形成的漏電流比較大，降低了器件的短路電流，使得光電轉換效率比較低。

實用新型內容

本實用新型提供了一種具有環形絕緣層結構的石墨烯硅基太陽能電池，解決現有石墨烯硅基異質結結構中漏電流比較大的問題。

本實用新型技術方案如下：一種具有環形絕緣層結構的石墨烯硅基太陽能電池，包括背電極，背電極上設置單晶硅片，單晶硅片上設置二氧化硅層，所述二氧化硅層是具有通孔的環狀結構，二氧化硅層陷入單晶硅片的厚度為0.2～2μm，所述二氧化硅層的表面和由二氧化硅層通孔暴露的單晶硅片表面設置石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜表面設置前電極。

優選的，所述二氧化硅層陷入單晶硅片的厚度為0.8～1.2μm。

優選的，所述石墨烯薄膜為單層或多層石墨烯，厚度為1～100nm。

優選的，所述背電極材質為Cu、Ag、Al、ZnO和ITO中的一種。

本實用新型所提供的技術方案的優點在于：通過設置陷入單晶硅片的環形結構降低異質結界面處的強電場引起的漏電流，產生更好的鈍化效果，提高器件的短路電流和填充因子，進而提高電池的光電轉換效率，電池轉換效率可提高8％左右。制備本實用新型的石墨烯硅基太陽能電池，采用工藝步驟均是成熟工藝，制備成本低廉。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖；

圖2為實施例1、實施例2以及傳統結構器件的IV測試曲線圖。

具體實施方式

下面結合實施例對本實用新型作進一步說明，但不作為對本實用新型的限定。

請結合圖1所示，實施例1的具有環形絕緣層結構的石墨烯硅基太陽能電池由以下方式制得：在p型單晶硅片4前表面利用雙重氧化法制備二氧化硅層3，首先在0.2Mpa氧氣氛圍下，管內溫度600℃進行一次氧化；其次利用氬氣混合CrO₃在氣壓1Mpa，管內溫度900℃進行二次局部氧化制備環狀結構的二氧化硅層3，二氧化硅層3在單晶硅片4的陷入深度為0.8μm；p型單晶硅片4后表面制備金屬Al背電極5；采用噴涂工藝將石墨烯溶液平鋪在二氧化硅層3和由二氧化硅層3通孔暴露的p型單晶硅片4前表面，經過干燥后石墨烯薄膜2厚度為20nm與p型單晶硅片4表面緊密貼合；石墨烯薄膜2表面制備前電極1引出導線作為電池的正極，背電極5引出導線作為電池的負極。

實施例2的具有環形絕緣層結構的石墨烯硅基太陽能電池由以下方式制得：在n型單晶硅片前表面利用雙重氧化法制備二氧化硅層，首先在0.2Mpa氧氣氛圍下，管內溫度650℃進行一次氧化；其次利用氬氣混合CrO₃在氣壓1.2Mpa，管內溫度1000℃進行二次局部氧化制備環狀結構的二氧化硅層，二氧化硅層在單晶硅片的陷入深度為1.2μm；n型單晶硅片后表面制備金屬Al背電極；采用噴涂工藝將石墨烯溶液平鋪在二氧化硅層和由二氧化硅層通孔暴露的n型單晶硅片前表面，經過干燥后石墨烯薄膜厚度為10nm與n型單晶硅表面緊密貼合；石墨烯薄膜表面制備前電極1引出導線作為電池的正極，背電極引出導線作為電池的負極。

實施例1、實施例2以及傳統結構器件的IV測試曲線如圖2所示，可以看出采用本實用新型技術方案，具有環形絕緣層結構的石墨烯硅基太陽能電池的效率與傳統結構相比有顯著提高。