CN104952961B - 一种n‑CdSxSe1‑x薄膜/石墨烯肖特基结太阳能电池 - Google Patents
一种n‑CdSxSe1‑x薄膜/石墨烯肖特基结太阳能电池 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种n‑CdSxSe1‑x薄膜/石墨烯肖特基结太阳能电池，包括依次叠置的衬底、背电极、半导体薄膜层、绝缘层、前电极和石墨烯层，所述绝缘层和前电极设有通孔，所述石墨烯层通过所述通孔与半导体薄膜层表面接触形成肖特基结，所述半导体薄膜层为n型CdSxSe1‑x半导体薄膜，其中0<x<1。该太阳能电池通过使用CdSxSe1‑x半导体薄膜与石墨烯形成肖特基结结构的太阳能电池器件，具有制备方法简单、成本低、对入射光吸收充分、发电效率高、电极不易导通的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池，特别是涉及一种n-CdSxSe1-x薄膜/石墨烯肖特基结太阳能电池。
背景技术
肖特基结是指金属与半导体材料接触时，由于二者之间功函数的差异所形成的具有整流特性的结构。在肖特基结中存在内建电场，与p-n结一样也可用来分离光生电子-空穴对。因此，肖特基结也同样可以应用于太阳能发电领域。并且与传统p-n结太阳电池相比，肖特基结太阳电池的制备方法要简单的多，制备成本也相对比较低廉，在降低光伏发电成本方面有其独特的优势。
传统的肖特基结太阳能电池结构中，金属层本身会吸收相当部分的太阳光，从而降低电池对入射光的利用率，使电池的光电转换效率不高，制约了肖特基结太阳电池的大范围应用。2004年，石墨烯二维材料的发现掀起了材料领域的研究热潮。研究人员发现，石墨烯具有高载流子迁移率、高电导率、高透过率的特点。因此，可以利用其高电导率、高载流子迁移率的特点与半导体形成肖特基接触，同时还可以利用其高透过率的特点尽量减少入射太阳光的损失。这样，就可以有效克服传统肖特基结中金属层吸收或阻挡光的缺点来制备高效率肖特基结太阳电池。如中国专利CN101771092A公开的一种基于石墨烯/硅肖特基结的光伏电池及其制备方法，将背电极、n型单晶硅片、环形二氧化硅层和环形金膜从下往上层叠式放置，金膜的内孔、二氧化硅层的中间的通孔和n型单晶硅片上表面形成台阶孔，将石墨烯平铺在台阶孔表面，构成光伏电池结构。该结构与与传统晶体硅太阳能电池一样，受限于晶体硅的高成本，因此难以大范围推广。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种n-CdSxSe1-x薄膜/石墨烯肖特基结太阳能电池，解决肖特基太阳能电池成本高的问题。
本发明的技术方案是这样的：一种n-CdSxSe1-x薄膜/石墨烯肖特基结太阳能电池，包括依次叠置的衬底、背电极、半导体薄膜层、绝缘层、前电极和石墨烯层，所述绝缘层和前电极设有通孔，所述石墨烯层通过所述通孔与半导体薄膜层表面接触形成肖特基结，所述半导体薄膜层为n型CdSxSe1-x半导体薄膜，其中x＝0.2。
优选的，所述衬底为玻璃、PET、Cu或不锈钢。
优选的，所述背电极为Mo。
优选的，所述绝缘层为SiO2或Al2O3。
优选的，所述前电极为Au、Ag、Cu、Al、ITO或AZO。
优选的，所述石墨烯层为单层或多层石墨烯薄膜。
本发明所提供的技术方案的优点在于，通过使用CdSxSe1-x半导体薄膜与石墨烯形成肖特基结结构的太阳能电池器件，具有制备方法简单、成本低、对入射光吸收充分、发电效率高、电极不易导通的优点，在光伏领域具有潜在的应用价值。
附图说明
图1为本发明太阳能电池结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
请结合图1，实施例1：采用普通玻璃作为衬底1，通过溅射法在玻璃衬底1上沉积Mo背电极2。采用低温化学浴法在Mo背电极2上沉积CdS薄膜。CdS材料的禁带宽度为2.4eV，与太阳光谱匹配性不好，所以广泛用作薄膜太阳能电池的窗口层，而不用其作为吸收层。使用CdS和石墨烯形成肖特基结太阳能电池时，只能利用太阳光中波长小于517nm的光(只能涵盖紫外区域和可见光中紫光一小部分)，大部分入射光会被浪费掉，因此其光电转换效率必然很低。故对CdS薄膜在Se气氛下退火形成CdSxSe1-x吸收层半导体薄膜3，实现半导体薄膜3禁带宽度在1.7～2.4eV内可调，当x取值接近0时，本实施例中x取0.2，薄膜可以对波长小于729nm的光有效吸收(基本涵盖了紫外区域和可见光全部区域)，大大拓宽了对入射光的利用范围。然后用溅射方法在CdS0.2Se0.8薄膜上先后沉积图形化SiO2绝缘层4和栅线Ag前电极5，并使其具有通孔7。然后将石墨烯薄膜6平铺在上述栅线电极5上，并通过通孔7与CdS0.2Se0.8半导体薄膜3接触，形成本发明所涉及的肖特基结薄膜太阳能电池器件。
实施例2，采用不锈钢片作为衬底1，通过电子束蒸发工艺在衬底1上沉积Mo背电极2。通过蒸发工艺在背电极2上沉积一层Cd薄膜，然后在Se、S气氛下退火形成CdS0.6Se0.4吸收层半导体薄膜3。用溅射方法在CdSxSe1-x薄膜上先后沉积图形化Al2O3绝缘层4和栅线Au前电极5，并使其具有通孔7。然后将石墨烯薄膜6平铺在上述栅线电极5上，并通过通孔7与CdS0.6Se0.4半导体薄膜3接触，然后在HNO3气氛下处理2min 以实现对石墨烯进行修饰改性，最终形成本发明所涉及的肖特基结薄膜太阳能电池器件。
Claims (6)
1.一种n-CdSxSe1-x薄膜/石墨烯肖特基结太阳能电池，包括依次叠置的衬底(1)、背电极(2)、半导体薄膜层(3)、绝缘层(4)、前电极(5)和石墨烯层(6)，所述绝缘层(4)和前电极(5)设有通孔(7)，所述石墨烯层(6)通过所述通孔(7)与半导体薄膜层(3)表面接触形成肖特基结，其特征在于：所述半导体薄膜层(3)为n型CdSxSe1-x半导体薄膜，其中x＝0.2。
2.根据权利要求1所述的n-CdSxSe1-x薄膜/石墨烯肖特基结太阳能电池，其特征在于：所述衬底(1)为玻璃、PET、Cu或不锈钢。
3.根据权利要求1所述的n-CdSxSe1-x薄膜/石墨烯肖特基结太阳能电池，其特征在于：所述背电极(2)为Mo。
4.根据权利要求1所述的n-CdSxSe1-x薄膜/石墨烯肖特基结太阳能电池，其特征在于：所述绝缘层(4)为SiO2或Al2O3。
5.根据权利要求1所述的n-CdSxSe1-x薄膜/石墨烯肖特基结太阳能电池，其特征在于：所述前电极(5)为Au、Ag、Cu、Al、ITO或AZO。
6.根据权利要求1所述的n-CdSxSe1-x薄膜/石墨烯肖特基结太阳能电池，其特征在于：所述石墨烯层(6)为单层或多层石墨烯薄膜。
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