[發(fā)明專利]一種鈀連接的雙結(jié)GaAs/Si肖特基結(jié)太陽電池及其制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010516129.3
• 申請日: 2020-06-09
• 公開（公告）號: CN111916522A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李國強(qiáng);張志杰;余粵鋒;林靜
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: H01L31/07
• 分類號: H01L31/07;H01L31/18
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強(qiáng)

本發(fā)明公開了一種鈀連接的雙結(jié)GaAs/Si肖特基結(jié)太陽電池及其制備方法。該雙結(jié)GaAs/Si肖特基結(jié)太陽電池由下至上依次為Au背電極、Si襯底、石墨烯層、鈀納米顆粒、GaAs襯底、石墨烯層、銀漿頂電極。本發(fā)明還公開了以上鈀連接的雙結(jié)GaAs/Si肖特基結(jié)太陽電池的制備方法。本發(fā)明的雙結(jié)GaAs/Si肖特基結(jié)太陽電池，不僅制備工藝簡單，器件生產(chǎn)成本較低，而且對環(huán)境污染較少，具有廣闊應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽電池的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鈀連接的雙結(jié)GaAs/石墨烯肖特基結(jié)太陽電池及其制備方法。

背景技術(shù)

地球人口數(shù)量的不斷增長、生態(tài)環(huán)境污染的加劇以及人類對能源需求的不斷增加，使得人們對可再生清潔能源的開發(fā)激增。而太陽能是自然界中分布最為廣泛，總量最大的清潔能源，從而引起了人們的極大研究興趣。目前市場上商用的太陽電池以p-n結(jié)為基礎(chǔ)制造而成，然而p-n結(jié)通常需要高溫離子擴(kuò)散和昂貴的離子注入工藝才能將摻雜劑引入基片中。其制備工藝復(fù)雜，且生產(chǎn)過程中污染和能耗高，這與清潔能源的目標(biāo)相矛盾。

為此，人們將石墨烯等二維材料與半導(dǎo)體基片相結(jié)合制備出了肖特基結(jié)太陽電池，這類電池具有制備工藝簡單、成本低以及生產(chǎn)過程中污染和能耗低的優(yōu)點而收到了廣泛關(guān)注。經(jīng)過近十年的努力，單結(jié)肖特基結(jié)太陽電池效率得到了巨大的提升，然而其進(jìn)一步提升的空間是有限的。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述技術(shù)存在的不足之處，本發(fā)明的首要目的在于提供一種鈀連接的雙結(jié)GaAs/Si肖特基結(jié)太陽電池。通過金屬鈀將GaAs/石墨烯肖特基結(jié)電池與Si/石墨烯肖特基結(jié)太陽電池相連接制成雙結(jié)太陽電池，一方面金屬鈀代替了傳統(tǒng)的隧道結(jié)，這可有效簡化電池制備工藝，另一方面雙結(jié)電池可大幅度提高太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率，同時其制造成本低于傳統(tǒng)的雙結(jié)太陽電池，電池的制備工藝也得到簡化。

本發(fā)明的另一目的在于提供上述一種鈀連接的雙結(jié)GaAs/Si肖特基結(jié)太陽電池的制備方法。

本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種鈀連接的雙結(jié)GaAs/Si肖特基結(jié)太陽電池，由下至上依次為Au背電極、Si襯底、石墨烯、鈀納米顆粒、GaAs襯底、石墨烯以及Ag電極（銀漿頂電極）。

進(jìn)一步地，所述GaAs襯底晶向為（100），摻雜劑為Si，摻雜濃度為1×10¹⁷-2×10¹⁸/cm³。所述Si襯底晶向為（100），摻雜劑為As，摻雜濃度為5×10¹⁷-5×10¹⁸/cm³

進(jìn)一步地，所述Au背電極的厚度為30-300nm，Si襯底厚度為50-500μm，GaAs襯底厚度為20-500μm，石墨烯層的厚度為1-7層原子厚度，鈀納米顆粒大小為10-100nm，導(dǎo)電銀漿頂電極厚度為0.2-2μm。

上述鈀連接的雙結(jié)GaAs/Si肖特基結(jié)太陽電池的制備方法，包括下列制備步驟：

（1）采用電子束蒸發(fā)法在Si襯底背面蒸鍍一層Au作為背電極，蒸鍍結(jié)束后退火處理；

（2）用金剛筆將GaAs、Si襯底片裂成1-4cm²小片，并清洗；

（3）通過旋涂的方式將含有聚苯乙烯以及聚（2-乙烯基吡啶）（PS-b-P2VP）的鄰二甲苯溶液旋涂至GaAs襯底上，隨后將襯底浸泡在Na2PdCl4溶液中，最后通過Ar等離子體處理將PS-b-P2VP去除，在GaAs上得到鈀納米顆粒。

（4）將泡取好的石墨烯進(jìn)行轉(zhuǎn)移，石墨烯漂浮在水面，用鑷子夾住GaAs襯底片，使得石墨烯與不含鈀納米顆粒的那面接觸后撈出，放置于真空干燥箱中抽真空室溫干燥1-2小時。然后在20-80℃的丙酮中浸泡10-50分鐘以去除石墨烯表面的PMMA。