CN101807611A - 一种具有光伏效应的钯掺杂碳薄膜材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有光伏效应的钯掺杂碳薄膜材料，是在厚度为0.5～1.0毫米的单晶硅片上溅射一层厚度为20～200纳米的薄膜，该薄膜为掺杂原子数含量为0～5％钯的碳薄膜，制成钯掺杂碳薄膜/二氧化硅/硅材料或者钯掺杂碳薄膜/硅异质结材料。该材料具有光生伏特效应，可用于制造太阳能电池和光敏传感器件，所制造的太阳能电池具有较高的转换效率，而且生产工艺简单，成品率高。

Description

一种具有光伏效应的钯掺杂碳薄膜材料
技术领域
本发明涉及一种具有光伏效应的材料，用于制造太阳能电池和光敏传感器件。
背景技术
1954年贝尔实验室Chapin等人开发出首个pn结型硅太阳能电池，此后，人们对无机太阳能电池进行了广泛的研究。
现今，全球能源形势紧张以及二氧化碳排放造成的气候变暖等已严重威胁到经济发展和人们的正常生活。因此，世界各国都在积极寻求新的能源，以替代传统的石油、煤炭等传统能源，从而求得可持续发展和在日后的发展中获取优势地位。太阳能以其清洁、无公害、安全等显著优势，成为关注重点。而且，太阳能是真正取之不尽，用之不竭的能源。
经过人们的不断努力，出现了以各种不同材料制作的太阳能电池，如以无机盐砷化镓III-V化合物(公开号CN2349674)、硫化镉、铜铟硒(公开号CN101150151)等多元化合物为材料的太阳能电池；以功能高分子材料制备的大阳能电池和以纳米多晶生物薄膜为材料的太阳能电池(公开号CN1414641)等。1991年人们报道了关于染料敏化纳米晶体太阳能电池的研究(文献Brian O′Regan and Michael
Figure GSA00000053431600011
Nature，1991，353：737-740)，研究者以较低的成本得到了大于7％的光电转化效率，开辟了太阳能电池发展史上一个崭新的时代，为利用太阳能提供了一条新的途径。染料敏化太阳能电池主要是指以染料敏化多孔纳米结构TiO2薄膜为光阳极的一类半导体光电化学电池。目前，染料敏化太阳能电池的光电转化效率已能稳定在10％以上。但染料敏化太阳能电池还是缺乏对商业产品长期使用的实测数据，而且其大面积制备技术，还有待发展。
当前，太阳能电池主要以单晶硅和多晶硅太阳能电池为主，约占市场的80％左右。pn结型硅太阳能电池的制作方法主要是：气体扩散和涂层扩散等。气体扩散是将三氯氧磷(POCl3)气体在高温(800～900℃)下向硅片中扩散，形成pn结，([日]滨川圭弘.太阳能光伏电池及其应用[M].第1版.北京：科学出版社，2008，44.)。涂层扩散的方法是用含磷的溶液替代气体进行涂层和加热(900℃)以形成pn结。一般都用第一种方法，然而三氯氧磷是一种有强烈刺激性气味的毒性液体。
由于碳材料具有禁带宽度可调节等优点，近年来人们开始关注碳材料的光生伏特效应。人们报道了用直流阴极弧方法制备的氮掺杂碳薄膜/硅异质结材料具有光生伏特效应，在AM1的白光照射下开路电压约为0.2伏特(Appl.Phys.Lett.1994，64(17)：2297-2299)。研究者用过高温分解和离子束溅射的方法制备碳薄膜/硅异质结材料，在一个太阳照射下n型碳/p型硅的开路电压为0.147伏特，转换效率为0.26％，p型碳/n型硅的开路电压为0.213伏特，转换效率为0.44％(Appl.Phys.Lett.2000，77(10)，1472-1474)。他们优化了结构制作的n型碳/p型碳/p型硅，在一个太阳照射下开路电压为0.339伏特，转换效率提高到了1.82％。
碳材料太阳能电池的一篇综述文章(Solar Energy Materials and Solar Cells.2009，93(9)：1461-1470)中提到没有元素掺杂的非晶碳薄膜光敏感性较弱，目前研究的非晶碳薄膜材料太阳能电池是非金属元素掺杂的非晶碳/硅材料，例如：磷、氮、硼元素的掺杂。对于金属元素掺杂的非晶碳薄膜太阳能电池鲜有报道。
文献(ACS Nano.2009，3(6)：1407-1414.)报道了单壁碳纳米管/硅异质结材料，在一个太阳照射下的照射下转换效率为2.7％，用SOCl2修饰单壁碳纳米管后转换效率提高到4.5％。但单壁碳纳米管价格昂贵，限制了单壁碳纳米管/硅异质结太阳电池的应用和发展。
碳材料储量丰富，价格便宜，性质稳定，对人体无毒害，禁带宽度可调节，在太阳能电池材料方面有很好的应用价值和应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有光伏效应的钯掺杂碳薄膜/二氧化硅/硅材料，用于构成半导体-氧化物-半导体(SIS)结构或者半导体-半导体异质结。
本发明的目的是这样实现的，它是一种以厚度为0.5～1.0毫米的单晶硅片为衬底，用磁控溅射的方法将掺杂原子数含量为0～5％钯的石墨复合靶溅射到抛光的硅基片表面上，形成厚度为20～200纳米的薄膜，制成钯掺杂碳薄膜/二氧化硅/硅(SIS)结构，或者钯掺杂碳薄膜/硅异质结材料。该材料具有光伏效应，可用于制造太阳能电池和光敏传感器件。该材料的制备是通过以下步骤实施：
(1)将纯度为99.9％钯粉和纯度为99.9％的石墨粉按照原子比为0～5％的比例混合、冷压获得含有0～5％(原子数含量)的钯元素的钯-石墨复合靶。
(2)用摩尔浓度为20％的氢氟酸溶液浸泡实验所需的厚度为0.5～1.0毫米的硅基片5分钟，然后依次用去离子水、丙酮、乙醇在超声波中各清洗硅基片5分钟，或者不用氢氟酸溶液浸泡(保留硅片的自然氧化层)，只用去离子水、丙酮、乙醇在超声波中各清洗硅基片5分钟。
(3)将清洗好的硅基片放入溅射室，开启抽真空系统进行抽真空。
(4)当背景真空为2×10-4帕时，通入氩气，并维持3帕的压强，待气压稳定后，开始用掺钯的石墨复合靶溅射，溅射功率为48瓦(溅射直流电压：0.40千伏，溅射直流电流：0.12安培)，溅射时间为5至120分钟，溅射温度为室温至600℃。
(5)溅射完毕后，停止通氩气，抽真空系统继续工作，使样品在真空度较高的环境下自然冷却，待样品温度降至室温，取出样品。
由上述过程制备的钯掺杂碳薄膜/二氧化硅/硅材料，或者钯掺杂碳薄膜/硅异质结材料的薄膜厚度为20～200纳米，具有光生伏特效应，即钯掺杂碳薄膜/二氧化硅/硅材料的半导体-氧化物-半导体结构在溴坞灯15毫瓦/厘米2的白光照射下，测得了开路电压Voc＝0.33伏特，短路电流密度Isc＝3.5毫安/厘米2，转换效率η＝4.7％，填充因子FF＝0.61。
本发明的有益效果是：所提供的钯掺杂碳薄膜/二氧化硅/硅材料，或者钯掺杂碳薄膜/硅异质结材料，具有光生伏特效应，可用于制造太阳能电池和光敏传感器件。碳材料储量丰富，价格便宜，性质稳定，对人体无毒害，禁带宽度可调节，在太阳能电池材料方面有很好的应用价值。
附图说明：
图1为依据本发明所提出的钯掺杂碳薄膜/二氧化硅/硅(SIS)结构材料制造的光伏电池的结构示意图。
图2为在室温下依据本发明所提出的钯掺杂碳薄膜/二氧化硅/硅(SIS)结构材料制造的光伏电池，用15毫瓦/厘米2的白光照射时，电流密度-电压特性测试结果示意图(图中有黑暗情况下的电流密度-电压特性结果)。该材料的制备参数：沉积温度为350℃，溅射时间为90分钟，薄膜厚度约为100纳米。
图3为依据本发明所提出的钯掺杂碳薄膜/硅异质结材料制造的光伏电池的结构示意图。
图4为在室温下依据本发明所制造的钯掺杂碳薄膜/硅异质结材料光伏电池，用15毫瓦/厘米2的白光照射时，电流密度-电压特性测试结果示意图(图中有黑暗情况下的电流密度-电压特性结果)。该材料的制备参数：沉积温度为350℃，溅射时间为90分钟，薄膜厚度约为100纳米。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例来详细描述本发明。
实施例1，取纯度为99.9％的石墨粉，掺入纯度为99.9％的钯粉，用冷压法制成钯的原子数含量为1％的钯-碳复合靶。用磁控溅射的方法将钯-碳复合靶溅射到一块厚度为1.0毫米的保留自然氧化层2的硅晶片1上，二氧化硅2的厚度约为1.2纳米，在硅晶片上形成一层厚度为100纳米的掺钯碳薄膜3，在掺钯碳薄膜3上溅射一层半透明铜薄膜4，铜薄膜4作为上电极，7为铟背电极。在半导体-氧化物-半导体(SIS)结构材料上接通直流电源6，5为电流表，成为具有光伏效应的SIS结构，如图1所示。溅射直流电压为0.40千伏，溅射直流电流为0.12安培，溅射沉积温度为350℃，溅射时间为90分钟。对样品在室温下15毫瓦/厘米2的白光照射的电流密度-电压特性进行了测试，测试结果如图2所示。结果表明：在溴坞灯15毫瓦/厘米2的白光照射下，测得了开路电压Voc＝0.33伏特，短路电流密度Isc＝3.5毫瓦/厘米2，转换效率η＝4.7％，填充因子FF＝0.61。
实施例2，取纯度为99.9％的石墨粉，掺入纯度为99.9％的钯粉，用冷压法制成钯的原子数含量为2％的钯-碳复合靶。用磁控溅射的方法将钯-碳复合靶溅射到一块厚度为1.0毫米的硅晶片1上，在硅晶片上形成一层厚度为100纳米的掺钯碳薄膜3，在掺钯碳薄膜3上溅射一层半透明铜薄膜4，铜薄膜4作为上电极，7为铟背电极。在异质结材料上接通直流电源6，5为电流表，成为具有光伏效应的异质结，如图3所示。溅射直流电压为0.40千伏，溅射直流电流为0.12安培，溅射沉积温度为350℃，溅射时间为90分钟。对样品在室温下毫瓦/厘米2的白光照射的电流密度-电压特性进行了测试，测试结果如图2所示。结果表明：在溴坞灯15毫瓦/厘米2的白光照射下，测得了开路电压Voc＝0.15伏特，短路电流密度Isc＝3mA/cm2，转换效率η＝1.3％，填充因子FF＝0.44。
与现有技术相比，本发明所提供的具有光伏效应的钯掺杂碳薄膜/二氧化硅/硅材料，或者钯掺杂碳薄膜/硅异质结材料制成的光伏太阳能电池具有以下的优点：①具有较高的转换效率，而且结构简单，稳定性好。②生产工艺简单，成品率高。③碳材料储量丰富，价格便宜，性质稳定，对人体无毒害，具有广阔的应用前景。

Claims (2)

1.一种具有光伏效应的钯掺杂碳薄膜材料，其特征是，厚度为0.5～1.0毫米的单晶硅片上溅射一层厚度为20～200纳米的薄膜，该薄膜为掺杂原子数含量为0～5％钯的碳薄膜，制成钯掺杂碳薄膜/二氧化硅/硅材料或者钯掺杂碳薄膜/硅异质结材料。
2.根据权利要求1所述的具有光伏效应的钯掺杂碳薄膜材料，其特征是利用该材料的光生伏特效应，用于制造太阳能电池和光敏传感器件。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102214722A (zh) * 2011-04-18 2011-10-12 中国石油大学(华东) 一种具有光电导效应的钯掺杂碳膜/氧化物/半导体材料
CN105244406A (zh) * 2015-10-23 2016-01-13 中国石油大学(华东) 基于钯/二氧化锡/硅异质结的紫外光探测器及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0374244B1 (en) * 1988-06-10 1994-09-28 Mobil Solar Energy Corporation An improved method of fabricating contacts for solar cells
CN101246928A (zh) * 2007-02-14 2008-08-20 北京行者多媒体科技有限公司 薄膜硅太阳能电池的背接触层

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0374244B1 (en) * 1988-06-10 1994-09-28 Mobil Solar Energy Corporation An improved method of fabricating contacts for solar cells
CN101246928A (zh) * 2007-02-14 2008-08-20 北京行者多媒体科技有限公司 薄膜硅太阳能电池的背接触层

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102214722A (zh) * 2011-04-18 2011-10-12 中国石油大学(华东) 一种具有光电导效应的钯掺杂碳膜/氧化物/半导体材料
CN105244406A (zh) * 2015-10-23 2016-01-13 中国石油大学(华东) 基于钯/二氧化锡/硅异质结的紫外光探测器及其制备方法

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