CN105845768A - 一种太阳能电池、太阳能电池的制备方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种太阳能电池、太阳能电池的制备方法及装置，太阳能电池包括：衬底、纳米线阵列、电介质、石墨烯、正电极和负电极；所述纳米线阵列生长在所述衬底上；所述电介质填充在所述纳米线阵列包含的纳米线周围，所述电介质的顶部不高于所述纳米线阵列的顶部；所述石墨烯覆盖在所述纳米线阵列和所述电介质的顶部；所述正电极沉积在所述石墨烯之上，且不完全覆盖所述石墨烯；所述负电极沉积在所述衬底的外部。应用本发明实施例，能够提高太阳能电池的转换效率。

Description

一种太阳能电池、太阳能电池的制备方法及装置
技术领域
本发明涉及纳米材料应用技术领域，特别涉及一种太阳能电池、太阳能电池的制备方法及装置。
背景技术
太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。其中，基于纳米线阵列的肖特基型太阳能电池极具发展前景。
纳米线阵列因其强烈的“光阱”效应以及垂直单根纳米线的显著“微聚光”效应而表现出优异的光吸收特性，将它应用于太阳能电池，可以在极低填充比的条件下达到与薄膜材料相当的转换效率。基于纳米线阵列的太阳能电池主要包括基于纳米线阵列的PN结型太阳能电池和基于纳米线阵列的肖特基型太阳能电池，基于纳米线阵列的PN结型太阳能电池制作工艺复杂，成本较高，而基于纳米线阵列的肖特基型太阳能电池，具有制备工艺简单、成本低、短波响应好等优点。
目前，基于纳米线阵列的肖特基型太阳能电池主要通过纳米线与ITO(Indium tin oxide，氧化铟锡)形成肖特基结来制备，但ITO透光率不够高，导致太阳能电池转换效率低。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种太阳能电池、太阳能电池的制备方法及装置，以提高太阳能电池的转换效率。
为达到上述目的，本发明实施例公开了一种太阳能电池，所述太阳能电池包括：衬底、纳米线阵列、电介质、石墨烯、正电极和负电极；
所述纳米线阵列生长在所述衬底上；
所述电介质填充在所述纳米线阵列包含的纳米线周围，所述电介质的顶部不高于所述纳米线阵列的顶部；
所述石墨烯覆盖在所述纳米线阵列和所述电介质的顶部；
所述正电极沉积在所述石墨烯之上，且不完全覆盖所述石墨烯；
所述负电极沉积在所述衬底的外部。
优选地，所述衬底和所述纳米线的材料均为n型半导体材料；所述电介质的材料透明且绝缘。
优选地，所述半导体材料为砷化镓；所述电介质的材料为聚酰亚胺。
为达到上述目的，本发明实施例还公开了一种太能电池制备方法，所述方法包括：
在衬底上生长纳米线阵列；
在所述纳米线阵列包含的纳米线周围填充电介质，使所述电介质的顶部不高于所述纳米线阵列的顶部；
在所述纳米线阵列和所述电介质上覆盖石墨烯；
在所述石墨烯上沉积正电极，所述正电极不完全覆盖所述石墨烯；
在所述衬底外部沉积负电极。
优选地，所述衬底和所述纳米线阵列的材料均为n型半导体材料；所述电介质的材料透明且绝缘。
优选地，所述半导体材料为砷化镓；所述电介质的材料为聚酰亚胺。
优选地，所述在所述石墨烯上沉积正电极，包括：
在覆盖在所述纳米线阵列顶部边缘区域的石墨烯上沉积正电极。
优选地，在所述填充电介质之前，所述方法还包括：
在所述纳米线阵列包含的纳米线顶部残留金属颗粒的情况下，使用金属腐蚀液腐蚀掉所述金属颗粒。
为达到上述目的，本发明实施例还公开了一种太能电池制备装置，所述装置包括：
生长模块，用于在衬底上生长纳米线阵列；
填充模块，用于在所述纳米线阵列包含的纳米线周围填充电介质，使所述电介质的顶部不高于所述纳米线阵列的顶部；
覆盖模块，用于在所述纳米线阵列和所述电介质上覆盖石墨烯；
第一沉积模块，用于在所述石墨烯上沉积正电极，所述正电极不完全覆盖所述石墨烯；
第二沉积模块，用于在所述衬底外部沉积负电极。
优选地，所述装置还包括：
腐蚀模块，用于在所述纳米线阵列包含的纳米线顶部残留金属颗粒的情况下，使用金属腐蚀液腐蚀掉所述金属颗粒。
本发明实施例所提供的太阳能电池，由衬底、纳米线阵列、电介质、石墨烯、正电极和负电极组成，其中，所述纳米线阵列生长在所述衬底上，所述电介质填充在所述纳米线阵列包含的纳米线周围，其顶部与所述纳米线阵列顶部齐平或略低于所述纳米线阵列顶部，所述石墨烯覆盖在所述纳米线阵列和电介质的顶部，所述正电极覆盖在所述石墨烯之上，所述负电极覆盖在所述衬底的外部。石墨烯的零带隙特性使得其在与纳米线接触时会形成肖特基势垒，且石墨烯几乎是完全透明的，透光率高达97.7％，远高于ITO，因此，应用本发明实施例提供的太阳能电池，可以提高太阳能转换效率。此外，ITO中铟是稀有金属，价格昂贵、全球储量有限、比较脆，与之相比，石墨烯的组成材料碳元素储量丰富，成本低廉，且机械强度高、柔韧性好。
当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种太阳能电池的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的太阳能电池制备方法的一种流程示意图；
图3为本发明实施例提供的太阳能电池制备方法的另一种流程示意图；
图4为本发明实施例提供的太阳能电池制备装置的一种结构示意图；
图5为本发明实施例提供的太阳能电池制备装置的另一种结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种太阳能电池、太阳能电池的制备方法及装置，以下分别进行详细说明。
参见图1，图1为本发明实施例提供的一种太阳能电池的结构示意图，可以包括：衬底1、纳米线阵列2、电介质3、石墨烯4、正电极5和负电极6。
具体地，纳米线阵列2生长在衬底1上；电介质3填充在纳米线阵列2包含的纳米线周围，其中，为使纳米线阵列2包含的纳米线顶部完全裸露，以与石墨烯4紧密接触形成肖特基结，电介质3的顶部可以与纳米线阵列2的顶部齐平或略低于纳米线阵列2的顶部；石墨烯4覆盖在纳米线阵列2和电介质3的顶部；正电极5沉积在石墨烯4之上，且不完全覆盖石墨烯4，更具体地，为减少正电极5对光的反射，使光尽可能地透进来，正电极5可以仅沉积在纳米线阵列2顶部边缘区域的石墨烯4之上；负电极6沉积在衬底1的外部。
实际应用中，衬底1和纳米线阵列2的材料均可以为n型半导体材料，其中，纳米线阵列2的优选材料可以为n型砷化镓；衬底1的优选材料也可以为n型砷化镓，且为111晶向，以保证纳米线阵列2包含的纳米线垂直于衬底1生长，形成纳米线阵列2；电介质3的材料透明且绝缘，优选的材料可以为聚酰亚胺；正电极5的材料可以为金属材质，优选的材料可以为金；负电极6的材料也可以为金属材质，优选的材料可以为钛和金双层结构，即在衬底1外部沉积一层钛，再沉积一层金，本领域技术人员可以理解的是，这样可以保证负电极6与衬底1形成良好的欧姆接触。
本发明图1所示实施例提供的太阳能电池，由衬底、纳米线阵列、电介质、石墨烯、正电极和负电极组成，其中，所述纳米线阵列生长在所述衬底上，所述电介质填充在所述纳米线阵列包含的纳米线周围，其顶部与所述纳米线阵列顶部齐平或略低于所述纳米线阵列顶部，所述石墨烯覆盖在所述纳米线阵列和电介质的顶部，所述正电极覆盖在所述石墨烯之上，所述负电极覆盖在所述衬底的外部。石墨烯的零带隙特性使得其在与纳米线接触时会形成肖特基势垒，且石墨烯几乎是完全透明的，透光率高达97.7％，远高于ITO，因此，应用本发明实施例提供的太阳能电池，可以提高太阳能转换效率。此外，ITO中铟是稀有金属，价格昂贵、全球储量有限、比较脆，与之相比，石墨烯的组成材料碳元素储量丰富，成本低廉，且机械强度高、柔韧性好。
为制备上述太阳能电池，本发明实施例还提供了一种太阳能电池的制备方法。
参见图2，图2为本发明实施例提供的太阳能电池的制备方法的一种流程示意图，可以包括如下步骤：
S101，在衬底上生长纳米线阵列。
具体地，衬底和纳米线阵列的材料均可以为n型半导体材料。更具体地，纳米线的优选材料可以为n型砷化镓；衬底的优选材料也可以为n型砷化镓，且为111晶向，保证纳米线阵列包含的纳米线垂直于衬底生长，形成纳米线阵列。
实际应用中，纳米线阵列可以使用金属有机物化学气相沉积设备来制备，具体地，可以采用选区生长或纳米金属颗粒催化生长的方法，其中，使用纳米金属颗粒催化生长方法的优选金属可以为金。更具体地，采用选取生长方法，在衬底上沉积一层SiO2(二氧化硅)薄膜，使用电子束曝光技术在SiO2薄膜上刻蚀出周期排列的圆孔，然后在衬底表面、SiO2薄膜被刻蚀掉的区域沿垂直于衬底方向生长n型纳米线，形成纳米线阵列；或采用纳米金颗粒催化方法，在衬底上沉积金纳米颗粒或金薄膜，其中，金薄膜退火后可以形成纳米金颗粒，然后，以纳米金颗粒作为催化物，沿垂直于衬底的方向生长n型纳米线，形成纳米线阵列。其中，纳米线阵列的优选填充比可以为50％。
S102，在所述纳米线阵列包含的纳米线周围填充电介质，使所述电介质的顶部不高于所述纳米线阵列的顶部。
具体地，电介质的材料需透明且绝缘；更具体地，电介质的优选材料可以为聚酰亚胺。
实际应用中，可以在纳米线周围使用旋涂方式填充电介质溶液，电介质溶液固化后会形成一层厚度大于纳米线阵列高度的电介质薄膜，为使纳米线阵列包含的纳米线顶部完全裸露，以与石墨烯紧密接触，还需采用腐蚀工艺，并通过控制腐蚀的速度与时间，将电介质薄膜腐蚀至与纳米线阵列顶部齐平或略低于纳米线阵列顶部。
S103，在所述纳米线阵列和所述电介质上覆盖石墨烯。
实际应用中，可以采用湿法转移法，在纳米线阵列和电介质上覆盖一层或多层石墨烯，确保石墨烯与纳米线阵列和电介质的顶部紧密接触，以使得石墨烯与纳米线阵列形成肖特基结。
S104，在所述石墨烯上沉积正电极，所述正电极不完全覆盖所述石墨烯。
具体地，本领域技术人员可以理解的是，正电极一般为金属材质，优选材料可以为金，而金属材质对光有反射作用，因此，在石墨烯上沉积正电极，可以在覆盖在纳米线阵列顶部边缘区域的石墨烯上沉积正电极，以使光尽可能地透进来。
实际应用中，在石墨烯上沉积正电极，可以在石墨烯中间放置面积略小于石墨烯、厚度远大于正电极厚度的物理掩膜板，采用磁控溅射方法在掩膜板和石墨烯表面镀上电极，然后去掉掩膜板，在石墨烯表面仅留下中间开有“窗口”的正电极。
S105，在所述衬底外部沉积负电极。
具体地，在衬底外部沉积负电极，可以采用磁控溅射方法在衬底的外部镀上负电极。其中，负电极的材料一般为金属材质，优选的材料可以为钛和金，即首先在衬底外部镀一层钛，再在钛的表面镀一层金，本领域技术人员可以理解的是，这样可以确保负电极与n型半导体衬底形成良好的欧姆接触。
应用本发明图2所示实施例制备的太阳能电池，由衬底、纳米线阵列、电介质、石墨烯、正电极和负电极组成，其中，所述纳米线阵列生长在所述衬底上，所述电介质填充在所述纳米线阵列包含的纳米线周围，其顶部与所述纳米线阵列顶部齐平或略低于所述纳米线阵列顶部，所述石墨烯覆盖在所述纳米线阵列和电介质的顶部，所述正电极覆盖在所述石墨烯之上，所述负电极覆盖在所述衬底的外部。石墨烯的零带隙特性使得其在与纳米线接触时会形成肖特基势垒，且石墨烯几乎是完全透明的，透光率高达97.7％，远高于ITO，因此，应用本发明实施例提供的太阳能电池，可以提高太阳能转换效率。此外，ITO中铟是稀有金属，价格昂贵、全球储量有限、比较脆，与之相比，石墨烯的组成材料碳元素储量丰富，成本低廉，且机械强度高、柔韧性好。
相对于图2所示的实施例，图3为本发明实施例提供的太阳能电池的制备方法的另一种流程示意图，本发明图3所示实施例在图2所示实施例基础上，在S102之前，增加S106，在所述纳米线阵列包含的纳米线顶部残留金属颗粒的情况下，使用金属腐蚀液腐蚀掉所述金属颗粒。
具体地，在使用纳米金属颗粒催化生长方法生长纳米线时，纳米线顶部会残留有金属颗粒，为使纳米线的顶部完全裸露，以与石墨烯紧密接触形成肖特基结，需要将残留的金属颗粒去除。
实际应用中，纳米金属颗粒催化生长方法的优选材料为可以纳米金颗粒，针对残留的纳米金颗粒，可以将纳米线在金腐蚀液中浸泡5-15分钟进行去除。其中金腐蚀液的成分配比可以为：碘12.5g/L，碘化钾5g/L，浓度为37％的盐酸430ml/L。
应用本发明图3所示实施例制备的太阳能电池，由衬底、纳米线阵列、电介质、石墨烯、正电极和负电极组成，其中，所述纳米线阵列生长在所述衬底上，所述电介质填充在所述纳米线阵列包含的纳米线周围，其顶部与所述纳米线阵列顶部齐平或略低于所述纳米线阵列顶部，所述石墨烯覆盖在所述纳米线阵列和电介质的顶部，所述正电极覆盖在所述石墨烯之上，所述负电极覆盖在所述衬底的外部。石墨烯的零带隙特性使得其在与纳米线接触时会形成肖特基势垒，且石墨烯几乎是完全透明的，透光率高达97.7％，远高于ITO，因此，应用本发明实施例提供的太阳能电池，可以提高太阳能转换效率。此外，ITO中铟是稀有金属，价格昂贵、全球储量有限、比较脆，与之相比，石墨烯的组成材料碳元素储量丰富，成本低廉，且机械强度高、柔韧性好。再者，在所述纳米线阵列包含的纳米线顶部残留金属颗粒的情况下，使用金属腐蚀液腐蚀掉金属颗粒，可以使得纳米线阵列包含的纳米线顶部完全裸露，从而确保纳米线阵列与石墨烯更好地形成肖特基结。
与上述的方法实施例相对应，本发明实施例还提供了一种太阳能电池的制备装置。
参见图4，图4为本发明实施例提供的太阳能电池的制备装置的一种结构示意图，与图2所示的流程相对应，包括：
生长模块201，用于在衬底上生长纳米线阵列。
具体地，衬底和纳米线阵列的材料均可以为n型半导体材料。更具体地，纳米线的优选材料可以为n型砷化镓；衬底的优选材料也可以为n型砷化镓，且为111晶向，保证纳米线阵列包含的纳米线垂直于衬底生长，形成纳米线阵列。
填充模块202，用于在所述纳米线阵列包含的纳米线周围填充电介质，使所述电介质的顶部不高于所述纳米线阵列的顶部。
覆盖模块203，用于在所述纳米线阵列和所述电介质上覆盖石墨烯。
第一沉积模块204，用于在所述石墨烯上沉积正电极，所述正电极不完全覆盖所述石墨烯。
具体地，本领域技术人员可以理解的是，正电极一般为金属材质，优选材料可以为金，而金属材质对光有反射作用，因此，在石墨烯上沉积正电极，可以在覆盖在纳米线阵列顶部边缘区域的石墨烯上沉积正电极，以使光尽可能地透进来。
第二沉积模块205，用于在所述衬底外部沉积负电极。
具体地，负电极的材料一般为金属材质，优选的材料可以为钛和金，即首先在衬底外部镀一层钛，再在钛的表面镀一层金，本领域技术人员可以理解的是，这样可以确保负电极与n型半导体衬底形成良好的欧姆接触。
应用本发明图4所示实施例制备的太阳能电池，由衬底、纳米线阵列、电介质、石墨烯、正电极和负电极组成，其中，所述纳米线阵列生长在所述衬底上，所述电介质填充在所述纳米线阵列包含的纳米线周围，其顶部与所述纳米线阵列顶部齐平或略低于所述纳米线阵列顶部，所述石墨烯覆盖在所述纳米线阵列和电介质的顶部，所述正电极覆盖在所述石墨烯之上，所述负电极覆盖在所述衬底的外部。石墨烯的零带隙特性使得其在与纳米线接触时会形成肖特基势垒，且石墨烯几乎是完全透明的，透光率高达97.7％，远高于ITO，因此，应用本发明实施例提供的太阳能电池，可以提高太阳能转换效率。此外，ITO中铟是稀有金属，价格昂贵、全球储量有限、比较脆，与之相比，石墨烯的组成材料碳元素储量丰富，成本低廉，且机械强度高、柔韧性好。
相对于图4所示的实施例，图5为本发明实施例提供的太阳能电池的制备装置的另一种结构示意图，与图3所示的流程相对应，本发明图5所示实施例在图4所示实施例基础上，增加腐蚀模块206，用于在所述纳米线阵列包含的纳米线顶部残留金属颗粒的情况下，使用金属腐蚀液腐蚀掉所述金属颗粒。
应用本发明图5所示实施例制备的太阳能电池，由衬底、纳米线阵列、电介质、石墨烯、正电极和负电极组成，其中，所述纳米线阵列生长在所述衬底上，所述电介质填充在所述纳米线阵列包含的纳米线周围，其顶部与所述纳米线阵列顶部齐平或略低于所述纳米线阵列顶部，所述石墨烯覆盖在所述纳米线阵列和电介质的顶部，所述正电极覆盖在所述石墨烯之上，所述负电极覆盖在所述衬底的外部。石墨烯的零带隙特性使得其在与纳米线接触时会形成肖特基势垒，且石墨烯几乎是完全透明的，透光率高达97.7％，远高于ITO，因此，应用本发明实施例提供的太阳能电池，可以提高太阳能转换效率。此外，ITO中铟是稀有金属，价格昂贵、全球储量有限、比较脆，与之相比，石墨烯的组成材料碳元素储量丰富，成本低廉，且机械强度高、柔韧性好。再者，在所述纳米线阵列包含的纳米线顶部残留金属颗粒的情况下，使用金属腐蚀液腐蚀掉金属颗粒，可以使得纳米线阵列包含的纳米线顶部完全裸露，从而确保纳米线阵列与石墨烯更好地形成肖特基结。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施方式中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，这里所称得的存储介质，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池包括：衬底、纳米线阵列、电介质、石墨烯、正电极和负电极；
所述纳米线阵列生长在所述衬底上；
所述电介质填充在所述纳米线阵列包含的纳米线周围，所述电介质的顶部不高于所述纳米线阵列的顶部；
所述石墨烯覆盖在所述纳米线阵列和所述电介质的顶部；
所述正电极沉积在所述石墨烯之上，且不完全覆盖所述石墨烯；
所述负电极沉积在所述衬底的外部。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述衬底和所述纳米线的材料均为n型半导体材料；所述电介质的材料透明且绝缘。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，所述半导体材料为砷化镓；所述电介质的材料为聚酰亚胺。
4.一种太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
在衬底上生长纳米线阵列；
在所述纳米线阵列包含的纳米线周围填充电介质，使所述电介质的顶部不高于所述纳米线阵列的顶部；
在所述纳米线阵列和所述电介质上覆盖石墨烯；
在所述石墨烯上沉积正电极，所述正电极不完全覆盖所述石墨烯；
在所述衬底外部沉积负电极。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述衬底和所述纳米线阵列的材料均为n型半导体材料；所述电介质的材料透明且绝缘。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述半导体材料为砷化镓；所述电介质的材料为聚酰亚胺。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述在所述石墨烯上沉积正电极，包括：
在覆盖在所述纳米线阵列顶部边缘区域的石墨烯上沉积正电极。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述填充电介质之前，所述方法还包括：
在所述纳米线阵列包含的纳米线顶部残留金属颗粒的情况下，使用金属腐蚀液腐蚀掉所述金属颗粒。
9.一种太阳能电池的制备装置，其特征在于，所述装置包括：
生长模块，用于在衬底上生长纳米线阵列；
填充模块，用于在所述纳米线阵列包含的纳米线周围填充电介质，使所述电介质的顶部不高于所述纳米线阵列的顶部；
覆盖模块，用于在所述纳米线阵列和所述电介质上覆盖石墨烯；
第一沉积模块，用于在所述石墨烯上沉积正电极，所述正电极不完全覆盖所述石墨烯；
第二沉积模块，用于在所述衬底外部沉积负电极。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
腐蚀模块，用于在所述纳米线阵列包含的纳米线顶部残留金属颗粒的情况下，使用金属腐蚀液腐蚀掉所述金属颗粒。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106676602A (zh) * 2017-01-17 2017-05-17 北京邮电大学 一种复合结构金属纳米线及其制备方法
CN107134504A (zh) * 2017-04-01 2017-09-05 昆明理工大学 一种纳米硅基石墨烯太阳能电池的制备方法
CN109768111A (zh) * 2018-12-13 2019-05-17 华南理工大学 一种GaAs纳米柱-石墨烯肖特基结太阳能电池及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102254963A (zh) * 2011-07-29 2011-11-23 清华大学 一种石墨烯/硅柱阵列肖特基结光伏电池及其制造方法
US20150076450A1 (en) * 2012-01-10 2015-03-19 Norwegian University Of Science And Technology (Ntnu) Nanowire device having graphene top and bottom electrodes and method of making such a device
CN205069659U (zh) * 2015-09-08 2016-03-02 安阳师范学院 基于石墨烯和n-型II-VI族半导体纳米线阵列的柔性肖特基太阳能电池

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102254963A (zh) * 2011-07-29 2011-11-23 清华大学 一种石墨烯/硅柱阵列肖特基结光伏电池及其制造方法
US20150076450A1 (en) * 2012-01-10 2015-03-19 Norwegian University Of Science And Technology (Ntnu) Nanowire device having graphene top and bottom electrodes and method of making such a device
CN205069659U (zh) * 2015-09-08 2016-03-02 安阳师范学院 基于石墨烯和n-型II-VI族半导体纳米线阵列的柔性肖特基太阳能电池

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106676602A (zh) * 2017-01-17 2017-05-17 北京邮电大学 一种复合结构金属纳米线及其制备方法
CN106676602B (zh) * 2017-01-17 2019-04-05 北京邮电大学 一种复合结构金属纳米线及其制备方法
CN107134504A (zh) * 2017-04-01 2017-09-05 昆明理工大学 一种纳米硅基石墨烯太阳能电池的制备方法
CN107134504B (zh) * 2017-04-01 2018-11-27 昆明理工大学 一种纳米硅基石墨烯太阳能电池的制备方法
CN109768111A (zh) * 2018-12-13 2019-05-17 华南理工大学 一种GaAs纳米柱-石墨烯肖特基结太阳能电池及其制备方法

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