CN103887073A - 一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103887073A CN103887073A CN201410126280.0A CN201410126280A CN103887073A CN 103887073 A CN103887073 A CN 103887073A CN 201410126280 A CN201410126280 A CN 201410126280A CN 103887073 A CN103887073 A CN 103887073A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- metal
- solar cell
- graphene
- wide bandgap
- 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
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 title abstract 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 115
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 93
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 92
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 64
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 37
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 35
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 34
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000000975 dye Substances 0.000 claims description 90
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 64
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 54
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 44
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 39
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 39
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 38
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 38
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims description 32
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 27
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 22
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 22
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 21
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 19
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 16
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 14
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 12
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 11
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 9
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 9
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 claims description 8
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 8
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229920002319 Poly(methyl acrylate) Polymers 0.000 claims description 7
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 7
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000005083 Zinc sulfide Substances 0.000 claims description 6
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 6
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 6
- 230000001235 sensitizing effect Effects 0.000 claims description 6
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N zinc;sulfide Chemical compound [S-2].[Zn+2] DRDVZXDWVBGGMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims description 5
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims description 5
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 4
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 4
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 3
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 claims description 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 claims 2
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 abstract description 3
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 abstract description 2
- 208000017983 photosensitivity disease Diseases 0.000 abstract 2
- 231100000434 photosensitization Toxicity 0.000 abstract 2
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 abstract 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 abstract 1
- 229960001296 zinc oxide Drugs 0.000 description 23
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 19
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 13
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 13
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 13
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- DKGAVHZHDRPRBM-UHFFFAOYSA-N Tert-Butanol Chemical compound CC(C)(C)O DKGAVHZHDRPRBM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 9
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 8
- 239000010946 fine silver Substances 0.000 description 7
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 6
- ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N ammonium persulfate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 6
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 6
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 6
- PQTCMBYFWMFIGM-UHFFFAOYSA-N gold silver Chemical compound [Ag].[Au] PQTCMBYFWMFIGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 5
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 5
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 5
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 4
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 4
- JJWJFWRFHDYQCN-UHFFFAOYSA-J 2-(4-carboxypyridin-2-yl)pyridine-4-carboxylate;ruthenium(2+);tetrabutylazanium;dithiocyanate Chemical compound [Ru+2].[S-]C#N.[S-]C#N.CCCC[N+](CCCC)(CCCC)CCCC.CCCC[N+](CCCC)(CCCC)CCCC.OC(=O)C1=CC=NC(C=2N=CC=C(C=2)C([O-])=O)=C1.OC(=O)C1=CC=NC(C=2N=CC=C(C=2)C([O-])=O)=C1 JJWJFWRFHDYQCN-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 3
- LULNJFDMQSRXHK-UHFFFAOYSA-L 2-(4-carboxypyridin-2-yl)pyridine-4-carboxylic acid 4-nonyl-2-(4-nonylpyridin-2-yl)pyridine ruthenium(2+) dithiocyanate Chemical compound [Ru+2].[S-]C#N.[S-]C#N.OC(=O)C1=CC=NC(C=2N=CC=C(C=2)C(O)=O)=C1.CCCCCCCCCC1=CC=NC(C=2N=CC=C(CCCCCCCCC)C=2)=C1 LULNJFDMQSRXHK-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 229910001870 ammonium persulfate Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N bis(2-ethylhexyl) phthalate Chemical compound CCCCC(CC)COC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCC(CC)CCCC BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 3
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 3
- 206010070834 Sensitisation Diseases 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 229910001254 electrum Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- XXOYNJXVWVNOOJ-UHFFFAOYSA-N fenuron Chemical compound CN(C)C(=O)NC1=CC=CC=C1 XXOYNJXVWVNOOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000008313 sensitization Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 229910001316 Ag alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QLKSCXOGMDNMRI-UHFFFAOYSA-N [Sn].[F+][O-] Chemical compound [Sn].[F+][O-] QLKSCXOGMDNMRI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 229930002875 chlorophyll Natural products 0.000 description 1
- 235000019804 chlorophyll Nutrition 0.000 description 1
- ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M chlorophyll a Chemical compound C1([C@@H](C(=O)OC)C(=O)C2=C3C)=C2N2C3=CC(C(CC)=C3C)=[N+]4C3=CC3=C(C=C)C(C)=C5N3[Mg-2]42[N+]2=C1[C@@H](CCC(=O)OC\C=C(/C)CCC[C@H](C)CCC[C@H](C)CCCC(C)C)[C@H](C)C2=C5 ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000002389 environmental scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- MRNHPUHPBOKKQT-UHFFFAOYSA-N indium;tin;hydrate Chemical compound O.[In].[Sn] MRNHPUHPBOKKQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 230000037452 priming Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000010025 steaming Methods 0.000 description 1
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 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
- Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
Landscapes
- Hybrid Cells (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池及其制备方法。本发明所提供的太阳能电池，其包括在背电极上依序层叠排列的：宽禁带半导体层、光敏化染料层、石墨烯层及金属纳米颗粒层。本发明所提供的太阳能电池，通过金属纳米颗粒的局域表面等离激元极大的提升颗粒周围的局域电磁场，将入射的光场能量储存在纳米颗粒表面周围中，从而对光激发染料进行有效激发，提高太阳能电池吸收光的效率。同时采用单层石墨烯替代传统电池中的电解质溶液和对电极，不仅简化了电池结构，而且有效提高了电池的安全性能，在工业生产及应用中有巨大潜力。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池及其制备方法。
背景技术
在新能源的行列中，太阳能占地球总能量的99%以上，具有清洁性以及大储量，正在逐步成为新能源产业的主力军(Chem.Rev.2010,110,6595)。而太阳能电池则是将太阳能转化为电能的重要载体，它主要是利用光伏半导体材料的光生伏特效应进行光电转换；目前主要研究的半导体材料有：单晶硅，多晶硅，多元化合物，有机半导体，染料敏化等(Chem.Rev,2007,107:1324-1338)。
与传统的硅太阳能电池相比，有机染料敏化太阳能电池以其低廉的成本成为一股新兴力量，也是未来光伏产业的重要发展方向；不过其光电转换率较低在某种程度上降低了其发展步伐(Nature Photon,2012,6:180-185)。
石墨烯是具有优异性能的二维平面材料，如单原子层石墨烯材料理论表面积可达2630m2/g(Solid State Commun.2008,146(9/10):351–355)高达200000cm2/(V·s)的半导体本征迁移率，热传导率约为5000W/(m·k)，且透光率达到97.7%（Adv.Mater,2010,22(35):3906–3924）；其如此优异的性能主要取决于石墨烯的分子结构，它是一种SP2杂化碳原子形成的六边形二维网络结构不断扩展得到的单层或少层材料(NaturePhoton.2010,4,611)。目前应用于太阳能电池的透光导电电极的材料为金属氧化物，俗称导电玻璃（如氧化铟锡，氧化氟锡），但导电玻璃中的金属离子容易自发扩散，对红外光谱具有较强的吸收性，而且其热稳定性较差（Adv.Mater.,2011,23(13):1514–1518）；人们急需一种可以替代导电玻璃的低成本材料，来进一步促进太阳能电池的产业化进程（Nanotechnology,2012,23(8):085201–1–6）。石墨烯作为一种超薄，透光性能良好，导电性能优异的材料，并以其较低成本的优势备受人们关注（Opt.Mater.Express,2012,2(6):814–824）。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池及其制备方法。
本发明所提供的基于表面等离子体增强原理的太阳能电池，其包括在背电极上依序层叠排列的：宽禁带半导体层、光敏化染料层、石墨烯层及金属纳米颗粒层。
其中，所述背电极可由下述至少一种材料组成：铟、银和铝。所述背电极的厚度可为150nm至200nm。
所述宽禁带半导体层中的宽禁带半导体通常是指禁带宽度大于2.2eV的半导体；具体选择下述任意一种半导体材料：氧化锌、二氧化钛、氮化镓、碳化硅和硫化锌。所述宽禁带半导体层的厚度可为300nm～800nm。使用时，上述半导体材料通常以晶片的形式存在。
所述光敏化染料层吸附于所述宽禁带半导体层表面，其可由多吡啶钌配合物类染料敏化剂组成，例如K19，N3,N719,Z907和Black dye。所述K19染敏分子的结构式如式Ⅰ所示，N3染敏分子结构式如式Ⅱ所示，N719分子结构式如式Ⅲ所示，Z907染敏分子结构式如式Ⅳ所示，Black dye染敏分子结构式如式Ⅴ所示。所述光敏化染料层的厚度可为1～2nm。
所述石墨烯层具体可由单层石墨烯片组成。
所述金属纳米颗粒层沉积于所述石墨烯层上，其具体可由下述至少一种金属的纳米颗粒组成：金、银和铜。所述金属纳米颗粒层的厚度可为5～15nm，所述纳米颗粒的粒径可为20～60nm。
本发明的基于表面等离子体增强原理的太阳能电池，其结构还可包括设于所述金属纳米颗粒层上的柔性透明材料层。所述柔性透明材料层中组成材料的选择及层厚度以能够实现对石墨烯的转移及对太阳光的高透射率为基准，如可以选择聚丙烯酸甲酯（PMMA）、聚乙烯对苯二甲酯（PET）、聚酰亚胺（PI）等材料。所述柔性透明材料层的厚度通常为100-300nm。
本发明的再一个目的是提供上述基于表面等离子体增强原理的太阳能电池的制备方法。
所述制备方法具体包括如下步骤：
1）制备表面平整的宽禁带半导体；其中，所述宽禁带半导体的一面为光滑表面（即经过机械抛光），另一面为粗糙表面（即未经过机械抛光）；
2）在步骤1）制备的表面平整的宽禁带半导体的粗糙表面蒸镀金属，形成背电极；
3）在经步骤2）处理后的宽禁带半导体的光滑表面组装光激发染料，形成光敏化染料层；
4）在石墨烯片的一侧表面上蒸镀金属，然后将其进行退火处理，得到一侧表面负载金属纳米颗粒的石墨烯片；
5）将步骤4）制备的一侧表面负载金属纳米颗粒的石墨烯片转移至所述光敏化染料层表面，得到所述基于表面等离子体增强原理的太阳能电池；其中石墨烯片中未负载金属颗粒的表面与所述光敏化染料层相接触。
上述步骤1）中所述宽禁带半导体具体可为氧化锌、二氧化钛、氮化镓、碳化硅或硫化锌。
当所述宽禁带半导体为氧化锌，其可通过下述（1）-（4）中任一种方法制备：
（1）溅射法：在氧等离子体气氛中，以金属锌为靶材，用磁控溅射法蒸镀氧化锌，通过控制时间来获得不同厚度的氧化锌薄膜；制备完成后进行单面机械抛光和化学抛光，然后在丙酮或无水乙醇中超声清洗20～40分钟；再用超纯水冲洗5～8分钟，然后用去离子水淋洗10～15分钟，最后用高纯氮气吹干，即得表面平整的氧化锌。
（2）激光脉冲法：以金属锌为靶材，是在高真空(约为10-5Pa)下，将KeF或ArF激光器发出的高能激光脉冲汇聚在靶表面，使得靶材料（金属锌）瞬时熔融蒸发，进而使得蒸发物（或者使蒸发物通过与反应室的氧分子等发生反应后再沉积)在衬底上形成ZnO薄膜；制备完成后进行单面机械抛光和化学抛光，然后在丙酮或无水乙醇中超声清洗20～40分钟；再用超纯水冲洗5～8分钟，然后用去离子水淋洗10～15分钟左右，最后用高纯氮气吹干，即得表面平整的氧化锌。
（3）分子束外延：在超高真空条件下，由装有氧气与金属锌的炉子加热而产生蒸气，精确控制原材料的分子细流即分子束强度，把分子束入射到被加热的基片上（晶体）而进行外延生长。制备完成后进行单面机械抛光和化学抛光，然后在丙酮或无水乙醇中超声清洗20～40分钟；再用超纯水冲洗5～8分钟，然后用去离子水淋洗10～15分钟左右，最后用高纯氮气吹干，即得表面平整的氧化锌。
当所述宽禁带半导体为碳化硅或硫化锌，其可参照氧化锌的制备工艺，制备完成后进行单面机械抛光和化学抛光，然后在丙酮或无水乙醇中超声清洗30分钟；再用超纯水冲洗5分钟，然后用去离子水淋洗10分钟左右，最后用高纯氮气吹干。
当所述宽禁带半导体为二氧化钛，其可通过下述方法制备：对二氧化钛单晶的表面进行单面机械抛光，然后在质量分数为30～45%的HF水溶液中缓慢冲洗，接着在氧等离子中进行氧化刻蚀，可得到二氧化钛半导体。所述氧化刻蚀的条件为：气体压强为13～16Pa，刻蚀时间为40～60S。
当所述宽禁带半导体为氮化镓，其可通过下述方法制备：对氮化镓晶片的表面进行单面机械抛光，然后在质量分数为30～45%HF水溶液中缓慢冲洗，接着在氧等离子中进行氧化刻蚀，可得到氮化镓半导体。所述氧化刻蚀的条件为：气体压强为13～16Pa，刻蚀时间为40～60S。
上述步骤2）中所蒸镀的金属选自下述至少一种：铟、银和铝；具体可为铟与银按照摩尔比1：1蒸镀形成的背电极。所述背电极的厚度可为150nm至200nm。
上述步骤3）中，所述光激发染料为多吡啶钌配合物类染料敏化剂，例如K19、N3,N719,Z907或Black dye。
所述光激发染料可通过浸涂法或旋涂法组装到宽禁带半导体表层，得到厚度为1～2nm的光敏化染料层。
当所述光激发染料为K19染敏分子，其可通过浸涂法组装到宽禁带半导体表层；
当所述光激发染料为N3染敏分子，其可通过浸涂法或旋涂法组装到宽禁带半导体表层；
当所述光激发染料为N719染敏分子，其可通过旋涂法组装到宽禁带半导体表层；
当所述光激发染料为Z907染敏分子，其可通过旋涂法组装到宽禁带半导体表层；
当所述光激发染料为Black dye，其可通过旋涂法组装到宽禁带半导体表层。
上述步骤4）中，蒸镀的金属可选择下述至少一种：金、银和铜。
所述蒸镀金属的具体方法如下：以所选择的金属为靶材，采用真空蒸镀法在石墨烯片上沉积相应的金属。所述真空蒸镀法中所采用的真空度可为3.5×10-4～5×10-4Pa；蒸渡金属层的厚度为5～15nm。
所述退火处理的具体方法如下：在氢气和氮气的混合气氛中，在300-350℃退火30-45min；其中氢气的流量为550-650sccm，氮气的流量为550-650sccm。
上述步骤5）中将所述一侧表面负载金属纳米颗粒的石墨烯片转移至所述光敏化染料层表面；其中以柔性透明材料为支撑层，实现对形成有金属纳米颗粒的石墨烯进行转移。
具体方法如下：
将形成所述柔性透明材料层的原料溶液旋涂于石墨烯片上的金属纳米颗粒层上，形成柔性透明材料层，然后将制备石墨烯所用的金属基体去除，接着以所述柔性透明材料层为支撑层将石墨烯平贴到所述光敏化染料层表面，先在35～15℃下烘烤10～15min，再在100～120℃下烘烤8～15min，即得太阳能电池器件。
上述方法中，低温烘烤是为了避免石墨烯片和氧化锌之间过多的气泡存在，后续的高温烘烤用以保证石墨烯片和氧化锌之间的紧密接触。由于石墨烯的支撑层是柔性透明材料，对可见光具有较高的透过率，且支撑层的厚度较薄，不会影响器件对太阳光的有效利用。
由于上述方法对石墨烯转移时引入了支撑层，理论上是需要将其进行去除的(按照本领域常规的方法去除即可)。但是，由于形成所述支撑层的材料均为透明柔性材料，对可见光具有较高的透过率，且支撑层的厚度较薄，所以该支撑层的存在并不会影响器件对太阳光的吸收，而且从简化制备步骤的角度考虑，也无需进一步将其去除。
本发明提供的太阳能电池的结构和工作原理是：在宽禁带半导体上组装一层光激发染料，然后再在上面组装一层上表面负载金属纳米颗粒的石墨烯片。在光照下，金属纳米颗粒的局域表面等离激元可以极大的提升颗粒周围的局域电磁场，从而可以有效地提高颗粒周围染料的光吸收能力（见图1）。从全新的视角实现了表面等离子体共振对光的汇聚；用单层石墨烯代替了传统染料敏化电池中复杂的电解质，光激发染料在该太阳能电池中主要起吸收太阳光产生电子的作用（类似于植物中叶绿素的作用）；吸附于宽禁带半导体的染料中的电子受激发跃迁至激发态，然后注入到半导体的导带内，此时染料分子自身被氧化，成为氧化态分子，处于氧化态的染料分子被石墨烯上电子还原，恢复到染料基态；避免了注入到半导体导带中的电子回传，注入到半导体导带中的电子通过宽禁带半导体被低功函金属收集，形成一个完整的回路，整个过程是循环的而且是同时进行的。由于金属纳米颗粒的表面等离子激发效应，光电转换效率得到了明显增加。
本发明提供的太阳能电池利用表面等离子体激发原理，金属纳米颗粒可以近似为入射光的汇聚天线，它们将入射的光场能量储存在局域表面等离激元模式中，从而提高电池吸收光的效率，进而增加了激发材料的电荷分离，使得太阳能电池的光电转换效率得到明显提高，在未来太阳能电池领域的应用及发展有着巨大潜力。
本发明所提供的的太阳能电池与现有技术相比具有以下优点：
1）本发明提供的太阳能电池结构利用表面等离子体激发机制，在石墨烯表层的金属纳米颗粒可近似看作入射光的汇聚天线，它们将入射的光能量储存在颗粒局域表面的等离激元模式中，进而增大对光敏分子的有效分离；实现太阳能电池整体光电转换效率。
2）本发明提供的太阳能电池直接用单层石墨烯将电解液和对电极集成，无需液态电解质进行电荷传递，结构比较简单，而且安全性能高，可以进行大规模的生产和封装，在工业的生产应用中具有重大价值。
3）本发明所述的太阳能电池的制备方法中，其材料种类与制备方法的选择比较丰富，有利于工业生产的灵活选择，具有很大潜力。
附图说明
图1为本发明的原理示意图。
图2为本发明太阳能电池的结构示意图。
图3为本发明实施例1中形成有金银纳米颗粒的石墨烯片的SEM表征图。
图4为本发明实施例1制备形成有金银纳米颗粒的石墨烯片的UV-Vis表征图。
图5为本发明实施例1制备形成有金银纳米颗粒的石墨烯片的TEM表征图。
图6为本发明实施例1制备的太阳能电池的光电性能图。
图7本发明实施例2中形成有纯金纳米颗粒的石墨烯片的SEM表征图。
图8为本发明实施例2中形成有纯金纳米颗粒的石墨烯片的UV-Vis表征图。
图9为本发明实施例2制备的太阳能电池的光电性能图。
图10本发明实施例3中形成有纯金纳米颗粒的石墨烯片的SEM表征图。
图11为本发明实施例3中形成有纯金纳米颗粒的石墨烯片的UV-vis表征图。
图12为本发明实施例3制备的太阳能电池的光电性能图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行说明，但本发明并不局限与此。
下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
本发明组装好电池器件的结构示意图如图2所示。
在宽禁带半导体的上面组装一层光激发染料；同时在石墨烯片上蒸镀金属膜，并通过退火形成金属纳米颗粒；然后将形成有金属纳米颗粒的石墨烯组装在吸附有染料的半导体上。在光照下，金属纳米颗粒的局域表面等离激元可以极大的增强颗粒周围的局域电磁场，所汇聚的光场能量可使光激发染料的电子空穴对得到有效分离，进而通过宽禁带半导体让光生电子与空穴分开，提高电池器件的光电转换效率。
实施例1、以单晶氧化锌为宽禁带半导体、K-19染料为光激发染料的太阳能电池器件；以金与银作为靶材蒸镀在石墨烯片上。
具体器件制备方法如下：
1、制备超平的氧化锌晶片：通过磁控溅射法制备超平的氧化锌半导体（厚度为500nm），再将氧化锌晶片进行单面机械抛光；制备完成后进行化学抛光，然后在丙酮或无水乙醇中超声清洗30分钟；再用超纯水冲洗5分钟，然后用去离子水淋洗10分钟左右，最后用高纯氮气吹干。
2、在氧化锌晶片未经机械抛光的一面蒸镀铟与银的低功函金属作为背电极；将氧化锌晶片夹在真空镀膜机的顶部金属板处，使得真空度抽到4.5×10-4Pa，按照铟：银为1:1的摩尔比例将其蒸镀至氧化锌晶片的背面，所形成的背电极厚度为200nm。
3、在氧化锌晶片上组装一层K-19染料分子：用浸涂法将上述氧化锌晶片浸入到0.35mM K-19染料分子溶液中（溶剂为1：1（v/v）的乙腈和叔丁醇的混合溶剂）50min，然后缓慢的取出样品，所形成的K-19染料层的厚度为1nm。
4、在制备好的石墨烯片上蒸镀金银合金：用化学气相沉积(CVD)法在铜箔上制备单原子层石墨烯，再将石墨烯片夹在镀膜机上，使得真空度抽到4×10-4Pa，按照金：银=1:1的摩尔比蒸镀金属至石墨烯片上；然后将其放置到退火炉中，在氢气（600sccm）与氮气（600sccm）的保护气体中，将温度升至300℃退火40min，得到表面均匀负载金、银纳米颗粒的石墨烯片，其中金银纳米颗粒层的厚度为8nm，所形成的金银纳米颗粒的粒径20～50纳米。如图3中的扫描电镜（SEM）表征结果，可观察到在石墨烯表面形成金属纳米颗粒。
5、以聚丙烯酸甲酯（PMMA）作为支持层，在匀胶机上将PMMA旋涂于石墨烯片上的金银纳米颗粒层上，形成厚度为200nm的PMMA层，然后用过硫酸铵将铜箔进行浸泡，两至三小时后用超纯水进行转移；然后以PMMA为支撑层将石墨烯缓慢平贴到吸附了K-19染料的氧化锌表面，平贴上去后先在35℃下烘烤10min(以免其间有过多气泡存在)，再次在120℃下烘烤8min(用以保证石墨烯片和氧化锌之间紧密接触)，即得太阳能电池器件。
具体样品表征方法如下：
1、将制备好的蒸镀有金银合金的石墨烯片，平贴在石英片上，用紫外可见分光光度计进行表征，可得如图4所示的紫外可见（UV-vis）吸收光谱图，由图4可知，在波长为564nm处，吸光度达到最高值。
2、将形成有金属纳米颗粒的石墨烯片转移至在铜网上的碳支持膜上，如图5所示在透射电镜（TEM）下可观察其单个颗粒的晶格分布，同时对单个颗粒做线扫描，从图5中可观察其颗粒成分分布均一性很好。
3、对制备的宽禁带半导体为氧化锌，光激发染料为K-19染料，蒸镀金属为金银合金的电池器件进行光电性能表征，可得到如图6（a）所示标准光强下的电流-电压输出关系图谱，在不同单色光波段下进行测试，可得如图6(b）所示的光电转化效率图谱；经分析可知，结合组装光激发染料的光吸收特性以及形成金属纳米颗粒的吸光度，所制备的电池器件其表观内光电转化效率最高可达210%（如图6（c）的所示）。
实施例2、以单晶二氧化钛为宽禁带半导体、N719染料为光激发染料的太阳能电池器件；以金作为靶材蒸镀在石墨烯片上。
具体器件制备方法如下：
1、制备超平的二氧化钛晶片：通过磁控溅射法制备超平的二氧化钛半导体（厚度为300nm，再将二氧化钛晶片进行单面机械抛光；然后用质量分数为35%的HF水溶液刻蚀8min，接着再在20W的氧等离子体中刻蚀80s。
2、在二氧化钛晶片的未经机械抛光的一面蒸镀铟与银的低功函金属作为背电极；将二氧化钛晶片夹在真空镀膜机的顶部金属板处，使得真空度抽到4.5×10-4Pa，按照铟：银为1:1的摩尔将其蒸镀至二氧化钛晶片的背面，所形成的背电极厚度为180nm。
3、在二氧化钛晶片上组装一层N719染料分子：用浸涂法将上述二氧化钛晶片浸入到0.35mM N719染料分子溶液中（溶剂为1：1（v/v）的乙腈和叔丁醇的混合溶剂）50min，然后以缓慢的取出样品，所形成的N719染料层的厚度为2nm。
4、在制备好的石墨烯片上蒸镀纯金：用化学气相沉积(CVD)法在铜箔上制备单原子层石墨烯，再将石墨烯片夹在镀膜机上，使得真空度抽到4×10-4Pa，蒸镀纯金至石墨烯片上；然后将其放置到退火炉中，在氢气（600sccm）与氮气（600sccm）的保护气体中，将温度升至300℃退火40min，得到表面均匀负载金纳米颗粒的石墨烯片，其中金纳米颗粒层的厚度为5nm，所形成的金纳米颗粒的粒径为35-40纳米。如图7中的SEM表征结果，可观察到在石墨烯表面形成金属纳米颗粒。
5、以聚丙烯酸甲酯（PMMA）作为支持层，在匀胶机上将PMMA旋涂于石墨烯片上的纯金纳米颗粒层上，形成厚度为300nm的PMMA层，用过硫酸铵将铜箔进行浸泡，两小时后用超纯水进行转移；然后以PMMA为支撑层将石墨烯缓慢平贴到吸附了N719染料的二氧化钛表面，平贴上去后先在35℃下烘烤10min，再次在120℃下烘烤8min，用以保证石墨烯和二氧化钛之间紧密接触，即得太阳能电池器件。
具体样品表征方法如下：
1、将制备好的蒸镀有纯金的石墨烯片，平贴在石英片上，用紫外可见分光光度计进行表征，可得如图8所示的紫外可见（UV-vis）吸收光谱图，由图8可知，在波长为655nm处，吸光度达到最高值。
2、对制备的宽禁带半导体为二氧化钛，光激发染料为N719染料，蒸镀金属为纯金的电池器件进行光电性能表征，可得到如图9（a）所示标准光强下的电流-电压输出关系图谱，在不同单色光波段下进行测试，可得如图9(b）所示的光电转化效率图谱；经分析可知，结合组装光激发染料的光吸收特性以及形成金属纳米颗粒的吸光度，所制备的电池器件其内光电转化效率最高可达99.7%（如图9（c）的所示）。
实施例3、以单晶二氧化钛为宽禁带半导体、Z907染料为光激发染料的太阳能电池器件；以纯银作为靶材蒸镀在石墨烯片上。
具体器件制备方法如下：
1、制备超平的二氧化钛晶片：通过磁控溅射法制备超平的二氧化钛半导体（厚度为800nm），再将二氧化钛晶片进行单面机械抛光；然后用质量分数为35%的HF水溶液刻蚀8min，接着再在20W的氧等离子体中刻蚀80s。
2、在二氧化钛晶片的未经机械抛光的一面蒸镀铟与银的低功函金属作为背电极；将二氧化钛晶片夹在真空镀膜机的顶部金属板处，使得真空度抽到4.5×10-4Pa，按照铟：银为1:1的摩尔比例将其蒸镀至二氧化钛晶片的背面，所形成的背电极厚度为200nm。
3、在二氧化钛晶片上组装一层Z907染料分子：用浸涂法将上述二氧化钛晶片浸入到0.35mM Z907染料分子溶液中（溶剂为1：1（v/v）的乙腈和叔丁醇的混合溶剂）50min，然后以缓慢的取出样品，所形成的Z907染料层的厚度为1nm。
4、在制备好的石墨烯片上蒸镀纯银：用化学气相沉积(CVD)法在铜箔上制备单原子层石墨烯，再将石墨烯片夹在镀膜机上，使得真空度抽到4×10-4Pa，蒸镀纯银至石墨烯片上；然后将其放置到退火炉中，在氢气（600sccm）与氮气（600sccm）的保护气体中，将温度升至300℃退火40min，得到表面均匀负载银米颗粒的石墨烯片，其中银纳米颗粒层的厚度为15nm，所形成的银纳米颗粒的粒径为28-35纳米。如图10中的SEM表征结果，可观察到在石墨烯表面形成金属纳米颗粒。
5、以聚丙烯酸甲酯（PMMA）作为支持层，在匀胶机上将PMMA旋涂于石墨烯片上的纯银纳米颗粒层上，形成厚度为100nm的PMMA层，用过硫酸铵将铜箔进行浸泡，两小时后用超纯水进行转移；然后以PMMA为支撑层将石墨烯缓慢平贴到吸附了Z907染料的二氧化钛表面，平贴上去后先在35℃下烘烤10min，以免使其间有过多气泡存在，再次在120℃下烘烤8min，用以保证石墨烯和二氧化钛之间紧密接触，即得太阳能电池器件。
具体样品表征方法如下：
1、将制备好的蒸镀有纯银的石墨烯片，平贴在石英片上，用紫外可见分光光度计进行表征，可得如图11中的紫外可见（UV-vis）吸收光谱图，由图11可知，在波长为462nm处，吸光度达到最大。
2、对制备的宽禁带半导体为二氧化钛，光激发染料为Z907染料，蒸镀金属为纯银的电池器件进行光电性能表征，可得到如图12（a）所示标准光强下的电流-电压输出关系图谱，在不同单色光波段下进行测试，可得如图12(b)所示的光电转化效率图谱；经分析可知，结合组装光激发染料的光吸收特性以及形成纯银纳米颗粒的吸光度，所制备的电池器件其内光电转化效率最高可达215%（如图12（c）的所示）。
综上所述，本发明基于表面等离子体激发机理设计的具有新型结构的太阳能电池，不仅可以使得电池器件的光电转换效率得到明显提升，而且将器件结构简化，组装更为容易，便于操作，在工业应用上具有巨大潜力。
Claims (10)
1.一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池，其包括在背电极上依序层叠排列的：宽禁带半导体层、光敏化染料层、石墨烯层及金属纳米颗粒层。
2.根据权利要求1所述的基于表面等离子体增强原理的太阳能电池，其特征在于：所述宽禁带半导体层由下述任意一种半导体材料组成：氧化锌、二氧化钛、氮化镓、碳化硅和硫化锌；所述宽禁带半导体层的厚度为300nm～800nm；
所述光敏化染料层由多吡啶钌配合物类染料敏化剂组成；多吡啶钌配合物类染料敏化剂优选为下述任意一种：K19、N3、N719、Z907和Black dye；所述光敏化染料层的厚度为1～2nm。
3.根据权利要求1或2所述的基于表面等离子体增强原理的太阳能电池，其特征在于：所述石墨烯层为单层石墨烯片；
所述金属纳米颗粒层沉积于所述石墨烯层上，所述金属纳米颗粒由下述至少一种金属的纳米颗粒组成：金、银和铜；所述金属纳米颗粒层的厚度为5～15nm，所述纳米颗粒的粒径为20～60nm。
4.根据权利要求1-3中任一所述的基于表面等离子体增强原理的太阳能电池，其特征在于：所述背电极由下述至少一种材料组成：铟、银和铝；所述背电极的厚度为150nm～200nm。
5.根据权利要求1-4中任一所述的基于表面等离子体增强原理的太阳能电池，其特征在于：所述太阳能电池，其结构还包括设于所述金属纳米颗粒层上的柔性透明材料层；所述柔性透明材料层优选由下述任意一种材料制成：聚丙烯酸甲酯、聚乙烯对苯二甲酯和聚酰亚胺；所述柔性透明材料层的厚度为100-300nm。
6.制备权利要求1-4中任一所述基于表面等离子体增强原理的太阳能电池的方法，包括下述步骤：
1）制备表面平整的宽禁带半导体；其中，所述宽禁带半导体的一面为光滑表面，另一面为粗糙表面；
2）在步骤1）制备的表面平整的宽禁带半导体的粗糙表面蒸镀金属，形成背电极；
3）在经步骤2）处理后的宽禁带半导体的光滑表面组装光激发染料，形成光敏化染料层；
4）在石墨烯片的一侧表面上蒸镀金属，然后将其进行退火处理，得到一侧表面负载金属纳米颗粒的石墨烯片；
5）将步骤4）制备的一侧表面负载金属纳米颗粒的石墨烯片转移至所述光敏化染料层表面，得到所述基于表面等离子体增强原理的太阳能电池；其中石墨烯片中未负载金属颗粒的表面与所述光敏化染料层相接触。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：
所述步骤1）中所述宽禁带半导体为氧化锌、二氧化钛、氮化镓、碳化硅或硫化锌；
所述步骤2）中所蒸镀的金属选自下述至少一种：铟、银和铝；所述背电极的厚度为150nm～200nm；
所述步骤3）中，所述光激发染料为多吡啶钌配合物类染料敏化剂，优选为K19、N3、N719、Z907或Black dye；
所述光激发染料通过浸涂法或旋涂法组装到宽禁带半导体表层，得到厚度为1～2nm的光敏化染料层；
所述步骤4）中，所述金属选择下述至少一种：金、银和铜；
所述步骤4）中，所述蒸镀金属的具体方法如下：以所述金属为靶材，采用真空蒸镀法在所述石墨烯片上沉积金属；所述真空蒸镀法中所采用的真空度为3.5×10-4～5×10-4P；所蒸镀的金属为5～15nm；
所述退火处理的具体方法如下：在氢气和氮气的混合气氛中，在300-350℃退火30-45min；其中氢气的流量为550-650sccm，氮气的流量为550-650sccm。
8.根据权利6或7所述的方法，其特征在于：所述步骤4）中将所述一侧表面负载金属纳米颗粒的石墨烯片转移至所述光敏化染料层表面是以柔性透明材料为支撑层实现的；
具体方法如下：
将形成所述柔性透明材料层的原料溶液旋涂于石墨烯片上的金属纳米颗粒层上，形成柔性透明材料层，然后将制备石墨烯所用的金属基体去除，接着以所述柔性透明材料层为支撑层将石墨烯平贴到所述光敏化染料层表面，先在35～15℃下烘烤10～15min，再在100～120℃下烘烤8～15min，最后除去所述柔性透明材料层，即得所述基于表面等离子体增强原理的太阳能电池；
其中，所述柔性透明材料层优选由下述任意一种材料制成：聚丙烯酸甲酯、聚乙烯对苯二甲酯和聚酰亚胺；所述柔性透明材料层的厚度为100-300nm。
9.制备权利要求5所述基于表面等离子体增强原理的太阳能电池的方法，包括下述步骤：
1）制备表面平整的宽禁带半导体；其中，所述宽禁带半导体的一面为光滑表面，另一面为粗糙表面；
2）在步骤1）制备的表面平整的宽禁带半导体的粗糙表面蒸镀金属，形成背电极；
3）在经步骤2）处理后的宽禁带半导体的光滑表面组装光激发染料，形成光敏化染料层；
4）在石墨烯片的一侧表面上蒸镀金属，然后将其进行退火处理，得到一侧表面负载金属纳米颗粒的石墨烯片；
5）将形成所述柔性透明材料层的原料溶液旋涂于石墨烯片上的金属纳米颗粒层上，形成柔性透明材料层，然后将制备石墨烯所用的金属基体去除，接着以所述柔性透明材料层为支撑层将石墨烯平贴到所述光敏化染料层表面，35～15℃下烘烤10～15min，再在100～120℃下烘烤8～15min，即得所述基于表面等离子体增强原理的太阳能电池。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述步骤1）中所述宽禁带半导体为氧化锌、二氧化钛、氮化镓、碳化硅或硫化锌；
所述步骤2）中所蒸镀的金属选自下述至少一种：铟、银和铝；所述背电极的厚度为150nm～200nm；
所述步骤3）中，所述光激发染料为多吡啶钌配合物类染料敏化剂，优选为K19、N3、N719、Z907或Black dye；
所述光激发染料通过浸涂法或旋涂法组装到宽禁带半导体表层，得到厚度为1～2nm的光敏化染料层；
所述步骤4）中，所述金属选择下述至少一种：金、银和铜；
所述步骤4）中，所述蒸镀金属的具体方法如下：以所述金属为靶材，采用真空蒸镀法在所述石墨烯片上沉积金属；所述真空蒸镀法中所采用的真空度为3.5×10-4～5×10-4P；所蒸镀的金属为5～15nm；
所述退火处理的具体方法如下：在氢气和氮气的混合气氛中，在300-350℃退火30-45min；其中氢气的流量为550-650sccm，氮气的流量为550-650sccm；
所述步骤5）中，所述柔性透明材料层由下述任意一种材料制成：聚丙烯酸甲酯、聚乙烯对苯二甲酯和聚酰亚胺；所述柔性透明材料层的厚度为100-300nm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410126280.0A CN103887073B (zh) | 2014-03-31 | 2014-03-31 | 一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410126280.0A CN103887073B (zh) | 2014-03-31 | 2014-03-31 | 一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103887073A true CN103887073A (zh) | 2014-06-25 |
| CN103887073B CN103887073B (zh) | 2016-07-13 |
Family
ID=50955920
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410126280.0A Expired - Fee Related CN103887073B (zh) | 2014-03-31 | 2014-03-31 | 一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103887073B (zh) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105824460A (zh) * | 2016-03-10 | 2016-08-03 | 昆山维信诺科技有限公司 | Oled显示面板及制作方法 |
| CN106653926A (zh) * | 2017-01-23 | 2017-05-10 | 华南理工大学 | 一种等离激元增强GaAs基多结太阳电池及其制备方法 |
| CN106892401A (zh) * | 2017-01-17 | 2017-06-27 | 天津理工大学 | 一种多层结构纳米发电机及其制备方法 |
| CN107481862A (zh) * | 2017-08-04 | 2017-12-15 | 京东方科技集团股份有限公司 | 金属纳米粒子的用途、染料敏化太阳能电池及制备方法 |
| CN107864604A (zh) * | 2017-11-10 | 2018-03-30 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种电磁辐射屏蔽结构 |
| CN108226079A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-06-29 | 重庆大学 | 金属石墨烯多层谐振结构增强拉曼红外双光谱器件及制备方法 |
| CN108987580A (zh) * | 2018-07-18 | 2018-12-11 | 福州大学 | 双重等离子体增强的有机光伏电池及其制备方法 |
| CN111081805A (zh) * | 2019-12-23 | 2020-04-28 | 华南理工大学 | 一种基于范德瓦耳斯力结合的GaAs/InGaN二结太阳电池结构及其制备方法 |
| US11005180B2 (en) | 2016-03-10 | 2021-05-11 | Suzhou Qingyue Optoelectronics Technology Co., Ltd. | Display device having NFC communication function |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102148099A (zh) * | 2010-12-20 | 2011-08-10 | 电子科技大学 | 石墨烯染料敏化太阳能电池及其生产方法 |
| CN102290529A (zh) * | 2010-06-18 | 2011-12-21 | 海洋王照明科技股份有限公司 | 单层有机太阳能电池及其制备方法 |
| CN102315389A (zh) * | 2010-07-08 | 2012-01-11 | 海洋王照明科技股份有限公司 | 一种单层有机太阳能电池及其制备方法 |
| WO2012057503A2 (ko) * | 2010-10-26 | 2012-05-03 | 주식회사 동진쎄미켐 | 염료감응 태양전지 및 그 제조방법 |
| CN103680988A (zh) * | 2013-09-11 | 2014-03-26 | 北京大学 | 一种基于选择性隧穿原理的太阳能电池及其制备方法 |
-
2014
- 2014-03-31 CN CN201410126280.0A patent/CN103887073B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102290529A (zh) * | 2010-06-18 | 2011-12-21 | 海洋王照明科技股份有限公司 | 单层有机太阳能电池及其制备方法 |
| CN102315389A (zh) * | 2010-07-08 | 2012-01-11 | 海洋王照明科技股份有限公司 | 一种单层有机太阳能电池及其制备方法 |
| WO2012057503A2 (ko) * | 2010-10-26 | 2012-05-03 | 주식회사 동진쎄미켐 | 염료감응 태양전지 및 그 제조방법 |
| CN102148099A (zh) * | 2010-12-20 | 2011-08-10 | 电子科技大学 | 石墨烯染料敏化太阳能电池及其生产方法 |
| CN103680988A (zh) * | 2013-09-11 | 2014-03-26 | 北京大学 | 一种基于选择性隧穿原理的太阳能电池及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| HYESUNG PARK ETC: "Graphene Cathode-Based ZnO Nanowire Hybrid Solar Cells", 《NANO LETT.》 * |
| REETI BAJPAI ETC: "Graphene Supported Platinum Nanoparticle Counter-Electrode for Enhanced Performance of Dye-Sensitized Solar Cells", 《ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES》 * |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105824460A (zh) * | 2016-03-10 | 2016-08-03 | 昆山维信诺科技有限公司 | Oled显示面板及制作方法 |
| CN105824460B (zh) * | 2016-03-10 | 2019-04-05 | 昆山维信诺科技有限公司 | Oled显示面板及制作方法 |
| US11005180B2 (en) | 2016-03-10 | 2021-05-11 | Suzhou Qingyue Optoelectronics Technology Co., Ltd. | Display device having NFC communication function |
| CN106892401A (zh) * | 2017-01-17 | 2017-06-27 | 天津理工大学 | 一种多层结构纳米发电机及其制备方法 |
| CN106653926A (zh) * | 2017-01-23 | 2017-05-10 | 华南理工大学 | 一种等离激元增强GaAs基多结太阳电池及其制备方法 |
| CN106653926B (zh) * | 2017-01-23 | 2018-04-13 | 华南理工大学 | 一种等离激元增强GaAs基多结太阳电池及其制备方法 |
| CN107481862A (zh) * | 2017-08-04 | 2017-12-15 | 京东方科技集团股份有限公司 | 金属纳米粒子的用途、染料敏化太阳能电池及制备方法 |
| CN107864604A (zh) * | 2017-11-10 | 2018-03-30 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种电磁辐射屏蔽结构 |
| CN108226079A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-06-29 | 重庆大学 | 金属石墨烯多层谐振结构增强拉曼红外双光谱器件及制备方法 |
| CN108987580A (zh) * | 2018-07-18 | 2018-12-11 | 福州大学 | 双重等离子体增强的有机光伏电池及其制备方法 |
| CN111081805A (zh) * | 2019-12-23 | 2020-04-28 | 华南理工大学 | 一种基于范德瓦耳斯力结合的GaAs/InGaN二结太阳电池结构及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103887073B (zh) | 2016-07-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103887073B (zh) | 一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池及其制备方法 | |
| Huang et al. | Efficient light harvesting by photon downconversion and light trapping in hybrid ZnS nanoparticles/Si nanotips solar cells | |
| Abdellatif et al. | Transparency and diffused light efficiency of dye-sensitized solar cells: tuning and a new figure of merit | |
| Li et al. | Rational design of colloidal AgGaS2/CdSeS core/shell quantum dots for solar energy conversion and light detection | |
| Kanda et al. | Effect of silicon surface for perovskite/silicon tandem solar cells: flat or textured? | |
| CN102779864B (zh) | 一种碲化镉薄膜电池及其制备方法 | |
| Juan et al. | Plasmonic Au nanooctahedrons enhance light harvesting and photocarrier extraction in perovskite solar cell | |
| CN105895807B (zh) | 一种掺杂TiO2薄膜的制备方法 | |
| CN102709402A (zh) | 基于图形化金属衬底的薄膜太阳电池及其制作方法 | |
| Zhang | Study of fluorine-doped tin oxide (FTO) thin films for photovoltaics applications | |
| Baviskar et al. | Cactus architecture of ZnO nanoparticles network through simple wet chemistry: Efficient dye sensitized solar cells | |
| Shah et al. | Effect of Ag doping in double antireflection layer on crystalline silicon solar cells | |
| Shah et al. | In-search of efficient antireflection coating layer for crystalline silicon solar cells: optimization of the thickness of Nb2O5 thin layer | |
| Zheng et al. | Enhancing the performance and stability of carbon-based CsPbI2Br perovskite solar cells via tetrabutylammonium iodide surface passivation | |
| Agarwal et al. | Tailoring the physical properties of titania thin films with post deposition air and vacuum annealing | |
| CN107706248A (zh) | 一种硅纳米结构异质结太阳电池及其制备方法 | |
| Nath et al. | Silver nanoparticles textured oxide thin films for surface plasmon enhanced photovoltaic properties | |
| Zhou et al. | Double Coating for the Enhancement of the Performance in a MA0. 7FA0. 3PbBr3 Photodetector | |
| KR20090019609A (ko) | 나노 입자층을 포함하는 고효율 태양전지 및 그 제조방법 | |
| Patel et al. | A study of the optical properties of wide bandgap oxides for a transparent photovoltaics platform | |
| Aliaghayee et al. | A new method for improving the performance of dye sensitized solar cell using macro-porous silicon as photoanode | |
| Roy et al. | Cross-fertilized biomimetic structures achieved through nanosphere lithography on an ultrathin wafer for flexible black c-Si SHJ solar cells | |
| Tanaka et al. | Plasmon effect in Si solar cells coated with a thin Polymer film containing silver or gold nanoparticles | |
| Nithyayini et al. | Fabrication of semi-transparent photovoltaic cell by a cost-effective technique | |
| Jia et al. | Conductive white back reflector and scatter based on ZnO nanostructure arrays for harvesting solar energy |
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: 20160713 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |