CN103137770A - 一种石墨烯/Si p-n 双结太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
一种石墨烯/Si p-n 双结太阳能电池及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103137770A CN103137770A CN2013100556164A CN201310055616A CN103137770A CN 103137770 A CN103137770 A CN 103137770A CN 2013100556164 A CN2013100556164 A CN 2013100556164A CN 201310055616 A CN201310055616 A CN 201310055616A CN 103137770 A CN103137770 A CN 103137770A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- graphene
- junction
- solar cell
- conducting layer
- double
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 99
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 95
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 31
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims abstract description 14
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 25
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 22
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 16
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 13
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 11
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 3
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims description 3
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 3
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 3
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 3
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- 239000000376 reactant Substances 0.000 abstract description 2
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 28
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 8
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 7
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 6
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 4
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 4
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 description 2
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 2
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000000411 transmission spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 1
- 238000004299 exfoliation Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 239000002120 nanofilm Substances 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种石墨烯/Sip-n结双结太阳能电池及其制备方法。n型硅片(111)的Si表面经B掺杂，得到p型导电层；p型导电层与衬底n型导电层之间形成Sip-n结；以CH4为反应气体、Ar稀释气体在900～1000℃的条件下，采用化学气相沉积方法，在p型导电层上表面生长得到厚度为10～20nm的石墨烯薄膜层，所述的石墨烯薄膜层与Sip-n结形成肖特基结，与Sip-n结共同构成双结太阳能电池。由于石墨烯与Sip-n结之间的异质结在太阳能电池中具有透明导电、吸收太阳光、并收集光生电子－空穴的重要作用，因此，本发明提供的太阳能电池的光能转换效率达到了2.26%。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池，特别涉及一种石墨烯/Si p-n结双结太阳能电池及其制备方法。
背景技术
石墨烯是一种由碳原子以六角形元胞紧密堆栈而成的厚度仅为0.35 nm的单层二维(2D)蜂窝状晶体。这种单层碳原子构成的石墨烯已被世界上公认为最薄、最坚硬、传导电子速度最快的材料，石墨烯是一种没有能隙的半导体，载流子在其中的迁移率高达2×105cm2/v,比硅中电子迁移率高100倍。石墨烯还具有良好的光学性质，可见光透射率高达98.5%,可用于透明导电膜和太阳能电池。关于石墨烯太阳能电池的研究也有报道，但其能量转换效率一般都比较低。如文献（C. Xie, P. Lv, B. Nie, J. S. Jie, X. W. Zhang, Z. Wang, P. Jiang, Z. Z. Hu, L. B. Luo, Z. F. Zhu, L. Wang, and C. Y. Wu, Appl. Phys. Lett. 99 133113 (2011)）报道了单层石墨烯/硅纳米线阵列型肖特基势垒太阳电池的转化效率 为2.15%；文献（ C. Xie, J. Jie, B. Nie, T. Yan, Q. Li, P. Lv, F. Li, M. Wang, C. Wu, L. Wang, L. Luo, Appl. Phys. Lett. 100 193103 (2012)）报道的石墨烯纳米带－多层硅纳米线 结构成的太阳能电池的转换效率 为1.47%。
石墨烯的制各手段通常可以分为两种类型，化学方法和物理方法。物理方法主要是从石墨晶体或者类似的材料来获得，如机械剥离法、球磨法、加热SiC法等。微机械剥离法成功地从石墨上剥离到单层石墨烯，但这种方法只能得到少部分的石墨烯，并不能大规模生产。化学方法是通过小分子的合成或溶液分离的方法制备，包括电化学法、氧化石墨还原法和化学气相沉积法等。很多制备石墨烯的方法都比较复杂，整个工艺过程很难控制，且只能生产少量的石墨烯纳米薄膜，而利用化学气相沉积法制得的石墨烯片具有良好的电子特性，适合应用晶体管、太阳能电池等光电子器件。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种光能转换效率高的石墨烯/Si p-n结双结太阳能电池及其制备方法。
实现本发明目的的技术方案是提供一种石墨烯/Si p-n 双结太阳能电池，n型硅片(111)的Si表面经B掺杂，得到p型导电层；p型导电层与衬底n型导电层之间形成Si p-n结；在p型导电层上表面采用化学气相沉积方法得到厚度为10～20 nm的石墨烯薄膜层，所述的石墨烯薄膜层与Si p-n结形成肖特基结，与Si p-n结共同构成双结太阳能电池。
本发明技术方案所提供的石墨烯/Si p-n的制备方法包括如下步骤：
1、以晶向（111）的n型硅片为衬底材料，用稀HF酸浸泡去除Si表面的二氧化硅，再依次用丙酮、乙醇、去离子水超声波清洗，去除硅片上的有机物；用氮气吹干后放入石英管, 将石英管抽真空至10-1～10-2 Pa , 加热去除硅片表面的水汽；
2、将石英管加热到900～1000℃，以Ａr为携载气体，通入到分析纯C3H9BO3溶液中，携载C3H9BO3 进入石英管对n-Si (111)片进行B掺杂，掺杂时间为10～30分钟；石英管退火处理后，得到p型导电层；p型导电层与衬底n型导电层之间形成Si p-n结；
3、将石英管温度保持在950～1000℃，抽真空至10-1～10-2 Pa，通入甲烷和氩气，控制甲烷流量为5～10sccm，氩气与甲烷的比例为3:1～5:1；反应温度为950～1000℃，反应气压为40～100 Pa，反应时间为5～10分钟；反应完成后，将石英管温度降至室温，在p型导电层的上表面得到厚度为10～20nm的石墨烯薄膜层。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：由于石墨烯与Si p-n结之间的异质结在太阳能电池中具有透明导电、吸收太阳光、并收集光生电子－空穴的重要作用，从而大大提高了太阳能电池的光伏效应和转换效率。本发明提供的太阳能电池在350 mW白光照射下，其开路电压达到2V，短路电流达到3.96mA,光能转换效率达到了2.26%，并且还具有响应速度快，重复性高的特性，可作为高性能的光探测和光电子器件。
附图说明
图1是本发明实施例提供的石墨烯/Si p-n双结太阳能电池的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的石墨烯/Si p-n双结太阳能电池的能带结构示意图；
图3是本发明实施例提供的石墨烯/Si p-n双结太阳能电池的工作原理图；
图4是本发明实施例提供的石墨烯薄膜采用化学气相沉积系统装置的结构示意图；
图5是本发明实施例利用化学气相沉积方法制备的石墨烯薄膜的表面形貌图；
图6是本发明实施例利用化学气相沉积方法制备的石墨烯薄膜的纳曼光谱图；
图7是本发明实施例利用化学气相沉积方法制备的石墨烯薄膜的光透射谱图；
图8是本发明实施例提供的石墨烯/Si p-n双结太阳能电池的暗电流－电压特征曲线图；
图9是在350mW白光照射下本发明实施例提供的石墨烯/Si p-n双结太阳能电池的电压－电流特征曲线图；
图10是在350mW白光照射下本发明实施例提供的石墨烯/Si p-n双结太阳能电池的响应曲线图；
图中，1、Al电极；2、石墨烯薄膜层；3、p型Si导电层；4、n型Si导电层；5、Al电极。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步的阐述。
实施例1
参见附图1，它是本实施例提供的石墨烯/p-n Si 双结太阳能电池的结构示意图，其结构依次为Al电极1、石墨烯薄膜层2、p型Si导电层3、n型Si导电层4和Al电极5。
对n型硅片(111)的上表面进行B掺杂，得到p型导电层3；p型导电层与衬底n型导电层4之间形成p-n结。在p型导电层上表面利用化学气相沉积方法生长一到十几个原子层（10～20nm）厚的石墨烯薄膜2，该层石墨烯薄膜与硅pn结形成肖特基结，与Si p-n结共同构成双结，对n-硅片的下表面蒸镀Al电极5，得到石墨烯/p-n Si 双结太阳能电池。
参见附图2，它为石墨烯/p-n Si双结太阳能电池的能带结构示意图。图2(a)左右两边分别是石墨烯和Si接触前的能带结构。其中，E 0 为真空能级，Ｗ g 为石墨烯的功函数，F fg 为石墨烯的费米能级, E c 、E v 分别是Si的导带、价带能级, χ为电子亲和势，F fs 、E i 为Si的费米能级和本征能级，Ｗ s 为Si的功函数。石墨烯为零带隙半导体，与硅片接触时相当于肖特基接触。石墨烯功函数W g =E 0-E fg ＝4.52 eV, 硅片功函数W s =E 0-E fs =χ+[E c -E fs ], 对于Si, χ=4.05 eV. E c -E fs 依赖于硅片中的载流子浓度和掺杂类型。Si的带隙 E g 为1.12 eV，因此， p-Si, W sp >W g .由于石墨烯的功函数大于Si的功函数，即Ｗg<Ｗs, 二者接触后，如图2(b)所示，Si片表面的空穴将向石墨烯一侧流动，Si片表面留下不可动的负离子(负电中心)，形成空间电荷层。由于p侧的空穴移动到石墨烯一侧，使p-Si片表面形成电子堆积，形成负电势，使导带、价带端向下弯曲。图2(b)中，E cp 、E vp 为p-型Si的导带和价带, E cn 、E vn 为n-型Si的导带和价带，qV D 为石墨烯－Si异质结的势垒高度，q 
0 为系统费米能级与p型Si表面E vp 间的间距。石墨烯与p-型硅表面形成肖特基结，结合硅的p-n结，形成双结太阳能电池。
本实施例提供的石墨烯/p-n Si双结太阳能电池的光电转换原理参见附图3。石墨烯是零带隙，光照下很容易产生电子空穴对，石墨烯表面产生的光生电子-空穴对扩散到石墨烯/Si肖特基结边缘时，在空间电荷区内电场Ｅ GS 的作用下光生电子迅速被扫到p-Si区，而光生空穴则被扫到石墨烯表面,表面形成空穴累积层。进入p-Si区的电子进一步扩散到p-n空间电荷区边界时，光生电子又在在 p-n结内建电场Ｅ pn 的作用下，进一步将光生电子扫到n-Si区，n-Si表面形成电子的累积层。因此，光照产生的空穴、电子分别在石墨烯表面和n-Si形成累积，使石墨烯/硅 p-n 双结两侧形成电压差，该电压差是在无外界偏压作用下光照产生的电压差，因此称为光伏效应。
在双结太阳能电池光生伏特效应形成的过程中，石墨烯/p-Si肖特基结中的内建电场Ｅ GS 和pn结中的内建电场Ｅ pn 都起到加速电子运动的作用。与传统硅pn结太阳能电池相比，该双结太阳能电池增加了硅表面电子的收集率，并加速电子运动到太阳能电池的阴极，从而可极大地提高转换效率。通过测量该器件的开路电压Ｖ oc 和短路电流密度J，就可以计算出双结太阳能电池的能量转换效率。
参见附图4，它是本实施例采用化学气相沉积（CVD）法制备石墨烯薄膜的装置结构示意图。该装置由四部分构成：石英管构成的反应沉积室、真空抽气系统、气体质量流量计和温度控制系统。衬底材料采用电阻率为3～5 Ωcm、晶向（111）的n型硅（Si）片，尺寸为
。
石墨烯/Si p-n双结太阳能电池的制备方法步骤如下：
1、衬底清洗：首先用稀HF酸浸泡15分钟去除Si表面的二氧化硅，再依次用丙酮、乙醇、去离子水超声波清洗，去除硅片上的有机物，最后用氮气吹干, 然后放入石英管。沉积之前, 将石英管真空抽至10-2 Pa, 加热到300℃维持 10分钟，以去除硅片表面的水汽。
2、 Si p-n 结制备：以分析纯C3H9BO3为B掺杂剂，对n-Si (111)片进行B掺杂形成 p-n 结；具体方法是：将石英管加热到900～1000℃，用Ａr气作为携载气体，通入分析纯C3H9BO3溶液中，携载C3H9BO3 进入石英管对n-Si (111)片进行B掺杂，掺杂时间20分钟，然后将石英管升到950℃进行退火处理，退火时间30分钟。
3、石墨烯薄膜制备：掺杂之后，石英管温度维持在950～1000℃，将石英管再次抽至10-1～10-2 Pa的真空状态，通入甲烷(99.999%)和氩气，甲烷流量为5～10sccm，氩气与甲烷的比例为3:1～5:1。调节好通气阀门的通气流量，保持甲烷和氩气均能均匀流入。反应温度为950～1000℃；反应时间：5～10分钟；反应气压40～100 Pa。
石墨烯的生长：甲烷在950℃高温下分解为碳原子和氢气，在氩气气相输运作用下碳原子到达已形成pn结的硅片表面并被吸附到表面，在衬底表面迁移后最后在在衬底表面成核，再通过范德瓦尔斯吸引力吸引其它碳原子，并与之成键形成六角网状结构的石墨烯薄膜。通常情况下，在反应剂充足的情况下，ＣＶＤ的淀积薄膜的速度是非常快的。在本实施例中，采用的甲烷流量很小，单位时间内只有少量的碳原子到达硅片表面，通过控制反应时间，就可以得到超薄的石墨烯薄膜。反应完成后，等石英管温度降到室温，取出样品。
4、电极制作：石墨烯是一种导电性极好的透明导电膜，具有极好的导电性，可作为太阳能电池中作为阳极。对n-硅片的下表面蒸镀铝电极，形成太阳能电池的阴极，完成石墨烯/p-n Si 双结太阳能电池的制备。
将制备得到的石墨烯/p-n Si 双结太阳能电池进行表面形貌和光伏效应测量，利用光学显微镜、电流/电压测试装置和霍尔效应分析该器件的表面形貌和光电流特性。表面形貌采用扫描电镜观察(SEM). 结构应用纳曼光谱观察，并用紫外－可见光（ UV-vis）分光光度计 (Shimadzu UV-3600)分析样品的透过率，石墨烯/Si p-n 双结太阳能电池的光电流特性应用Keithley 4200 SCS 进行测量。
参见附图5，它是本实施例提供的 Si p-n 结片上制备的石墨烯薄膜的扫描电镜照片。由图可以看出，许多石墨烯小片均匀地分布在Si片表面。该层石墨烯的厚度大约10～20 nm，相当于十几个原子层厚。参见附图6，它是本实施例制备的石墨烯薄膜的纳曼光谱图，光谱中可以看到出现了2个显著的纳曼振动峰，一个为G峰，位于1590 cm-1 波数处，该峰为石墨的特征振动峰；另一个为2D峰位于2690 cm-1波数处，据资料报道，该峰位为石墨烯的特征振动峰。这两个峰的强度比为 I 2D : I G=14 ，该比值越大，说明薄膜中所含的石墨烯相越大；证明了本发明采用低气压、低流量的化学气相沉积方法制备的石墨烯薄膜的质量好。
参见附图7，它为本实施例提供的石墨烯薄膜的光透射谱图。其可见光区的光透过率达到90%以上。另外，其光透过率随波长变化也一定的变化。对较长的波长 600～800 nm 波段，石墨烯薄膜对光几乎是全透过的。高透过率可以有效提高太阳能电池的转换效率。
参见附图8，它为本实施例提供的石墨烯/Si p-n 双结太阳能电池的暗电流特性（无光照特性）曲线图；结果显示，该器件具有很好的整流特性，随外加电压的升高，电流呈指数级增大。而反向偏压下，其反向饱和漏电流很小，几乎为零。并利用霍尔效应仪器测量了石墨烯表面的载流子浓度和电子迁移率。我们所制备的石墨烯薄膜表面的载流子浓度为1010 cm-2，电子迁移率为9.5
104 cm2 V-1 s-1 ，该值与石墨烯的理想值2105 cm2 V-1 s-1 非常接近，说明本发明制备的石墨烯薄膜的导电性好。
参见附图9，它是在350 mW cm-2白光照射下本实施例提供的石墨烯/Si p-n 双结太阳能电池的光电流特性曲线图。可以看出，该太阳能电池的开路电压V oc 为 2 V, 短路电流密度J sc为 0.396 mA cm-2. 可以计算出，该石墨烯/Si p-n 双结太阳电池的能量转换效率为2.26%。
参见附图10，它是本实施例提供的太阳能电池的时间响应图。可以看出，在光照下，该器件具有陡直的上升沿，去掉光照时，也具有垂直的下降沿，而且重复性很好。电流开关比 Ion/Ioff 超过103，表明该器件响应速度快，重复性高，可作为高性能的光探测和光电子器件。
Claims (2)
1.一种石墨烯/Si p-n 双结太阳能电池，其特征在于：n型硅片(111)的Si表面经B掺杂，得到p型导电层；p型导电层与衬底n型导电层之间形成Si p-n结；在p型导电层上表面采用化学气相沉积方法得到厚度为10～20 nm的石墨烯薄膜层，所述的石墨烯薄膜层与Si p-n结形成肖特基结，与Si p-n结共同构成双结太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯/Si p-n 双结太阳能电池，其特征在于，所述的石墨烯/Si p-n的制备方法包括如下步骤：
（1）以晶向（111）的n型硅片为衬底材料，用稀HF酸浸泡去除Si表面的二氧化硅，再依次用丙酮、乙醇、去离子水超声波清洗，去除硅片上的有机物；用氮气吹干后放入石英管, 将石英管抽真空至10-1～10-2 Pa , 加热去除硅片表面的水汽；
（2）将石英管加热到900～1000℃，以Ａr为携载气体，通入到分析纯C3H9BO3溶液中，携载C3H9BO3 进入石英管对n-Si (111)片进行B掺杂，掺杂时间为10～30分钟；石英管退火处理后，得到p型导电层；p型导电层与衬底n型导电层之间形成Si p-n结；
（3）将石英管温度保持在950～1000℃，抽真空至10-1～10-2 Pa，通入甲烷和氩气，控制甲烷流量为5～10sccm，氩气与甲烷的比例为3:1～5:1；反应温度为950～1000℃，反应气压为40～100 Pa，反应时间为5～10分钟；反应完成后，将石英管温度降至室温，在p型导电层的上表面得到厚度为10～20nm的石墨烯薄膜层。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310055616.4A CN103137770B (zh) | 2013-02-21 | 2013-02-21 | 一种石墨烯/Si p-n双结太阳能电池及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310055616.4A CN103137770B (zh) | 2013-02-21 | 2013-02-21 | 一种石墨烯/Si p-n双结太阳能电池及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103137770A true CN103137770A (zh) | 2013-06-05 |
| CN103137770B CN103137770B (zh) | 2015-10-28 |
Family
ID=48497340
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310055616.4A Expired - Fee Related CN103137770B (zh) | 2013-02-21 | 2013-02-21 | 一种石墨烯/Si p-n双结太阳能电池及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103137770B (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103311323A (zh) * | 2013-06-21 | 2013-09-18 | 杭州格蓝丰纳米科技有限公司 | 一种石墨烯/硅太阳电池及其制造方法 |
| CN103579419A (zh) * | 2013-11-13 | 2014-02-12 | 苏州科技学院 | 一种石墨烯/MoS2/Si 异质结薄膜太阳能电池及其制备方法 |
| CN104332522A (zh) * | 2014-11-07 | 2015-02-04 | 常熟理工学院 | 一种石墨烯双结太阳能电池及其制备方法 |
| CN110416336A (zh) * | 2019-08-05 | 2019-11-05 | 扬州工业职业技术学院 | 新型纳米结构薄膜太阳能电池及其制备方法 |
| CN111755534A (zh) * | 2020-06-10 | 2020-10-09 | 浙江大学 | 一种石墨烯/半导体内建电场调控的pn结太阳能电池及其制备方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101771092B (zh) * | 2009-12-16 | 2012-05-23 | 清华大学 | 一种基于石墨烯/硅肖特基结的光伏电池及其制备方法 |
| KR101003808B1 (ko) * | 2010-04-06 | 2010-12-23 | 한국기계연구원 | Ｐｎ접합 및 쇼트키 접합을 갖는 다중 태양 전지 및 이의 제조 방법 |
| CN102376787A (zh) * | 2011-11-04 | 2012-03-14 | 电子科技大学 | 一种石墨烯太阳能电池及其制备方法 |
| CN102584334A (zh) * | 2012-01-13 | 2012-07-18 | 上海交通大学 | 一种在硅片表面制备石墨烯复合薄膜的方法 |
-
2013
- 2013-02-21 CN CN201310055616.4A patent/CN103137770B/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103311323A (zh) * | 2013-06-21 | 2013-09-18 | 杭州格蓝丰纳米科技有限公司 | 一种石墨烯/硅太阳电池及其制造方法 |
| CN103311323B (zh) * | 2013-06-21 | 2015-11-25 | 浙江大学 | 一种石墨烯/硅太阳电池及其制造方法 |
| CN103579419A (zh) * | 2013-11-13 | 2014-02-12 | 苏州科技学院 | 一种石墨烯/MoS2/Si 异质结薄膜太阳能电池及其制备方法 |
| CN103579419B (zh) * | 2013-11-13 | 2017-01-04 | 苏州科技学院 | 一种石墨烯/MoS2/Si 异质结薄膜太阳能电池及其制备方法 |
| CN104332522A (zh) * | 2014-11-07 | 2015-02-04 | 常熟理工学院 | 一种石墨烯双结太阳能电池及其制备方法 |
| CN110416336A (zh) * | 2019-08-05 | 2019-11-05 | 扬州工业职业技术学院 | 新型纳米结构薄膜太阳能电池及其制备方法 |
| CN110416336B (zh) * | 2019-08-05 | 2021-08-20 | 扬州工业职业技术学院 | 新型纳米结构薄膜太阳能电池及其制备方法 |
| CN111755534A (zh) * | 2020-06-10 | 2020-10-09 | 浙江大学 | 一种石墨烯/半导体内建电场调控的pn结太阳能电池及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103137770B (zh) | 2015-10-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103579419B (zh) | 一种石墨烯/MoS2/Si 异质结薄膜太阳能电池及其制备方法 | |
| Nogay et al. | Nanocrystalline silicon carrier collectors for silicon heterojunction solar cells and impact on low-temperature device characteristics | |
| Mazzarella et al. | Ultra-thin nanocrystalline n-type silicon oxide front contact layers for rear-emitter silicon heterojunction solar cells | |
| Pietruszka et al. | ZnO/Si heterojunction solar cell fabricated by atomic layer deposition and hydrothermal methods | |
| US9252316B2 (en) | Ultra thin hit solar cell and fabricating method of the same | |
| CN103137770A (zh) | 一种石墨烯/Si p-n 双结太阳能电池及其制备方法 | |
| Zhang et al. | Carrier-selective contact GaP/Si solar cells grown by molecular beam epitaxy | |
| CN108963021B (zh) | 一种基于化学修饰的黑磷材料太阳能电池及制备方法 | |
| Jeong et al. | Preparation of born-doped a-SiC: H thin films by ICP-CVD method and to the application of large-area heterojunction solar cells | |
| CN108878594B (zh) | 一种硅异质结光伏电池及其制造方法 | |
| JP2014220351A (ja) | 多接合太陽電池 | |
| Wang et al. | Increasing efficiency of hierarchical nanostructured heterojunction solar cells to 16.3% via controlling interface recombination | |
| Kathalingam et al. | Effect of indium on photovoltaic property of n-ZnO/p-Si heterojunction device prepared using solution-synthesized ZnO nanowire film | |
| CN114038932A (zh) | 一种背部含有氧化硅-氮化钛双层接触结构的单晶硅太阳能电池及其制备方法 | |
| Cariou et al. | Silicon epitaxy below 200 C: Towards thin crystalline solar cells | |
| Chuchvaga et al. | Optimization and Fabrication of Heterojunction Silicon Solar Cells Using an Experimental-Industrial Facility AK-1000 Inline | |
| RU2568421C1 (ru) | СОЛНЕЧНЫЙ ЭЛЕМЕНТ НА ОСНОВЕ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ СМЕШАННЫЙ АМОРФНЫЙ И НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ НИТРИД КРЕМНИЯ - КРЕМНИЙ p-ТИПА | |
| Lai et al. | Doping of monolayer graphene for silicon based Schottky junction solar cells | |
| Kim et al. | Development of p-type amorphous silicon oxide—Nano crystalline silicon double layer and its application in nip type amorphous silicon solar cell | |
| KR101474489B1 (ko) | 박막형 태양전지 및 그 제조방법 | |
| US20170110600A1 (en) | Method of manufacturing photovoltaic device having ultra-shallow junction layer | |
| US12125926B2 (en) | Semiconductor device and solar cell and production method for semiconductor device | |
| US20220262964A1 (en) | Semiconductor device and solar cell and production method for semiconductor device | |
| Chen et al. | Nanostructured dielectric layer-a new approach to design nanostructured solar cells | |
| Uddin | Black Silicon Fabricated By Aluminium-Assisted Chemical Etching For Solar Cells |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20151028 Termination date: 20160221 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |