CN205900557U - 一种光谱吸收增强型石墨烯硅基太阳能电池 - Google Patents

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况亚伟
马玉龙
魏青竹
倪志春
朱丹凤
陈维霞
杨希峰
冯金福
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Suzhou Talesun Solar Technologies Co Ltd
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Zhongli Talesun Solar Co Ltd
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Abstract

本实用新型公开了一种光谱吸收增强型石墨烯硅基太阳能电池，包括背电极，背电极上设置单晶硅片，单晶硅片上设置二氧化硅层，所述二氧化硅层是具有通孔的环状结构，二氧化硅层通孔暴露的单晶硅片表面设置石墨烯薄膜层，石墨烯层上设置氮化硅薄膜提高光谱的吸收率。本实用新型结构简单，成本低廉，制备工艺成熟稳定，氮化硅薄膜能够提高光谱的吸收率，尤其是可以提高长波波长光谱的吸收率，从而提高石墨烯硅基太阳能电池的转换效率。

Description

一种光谱吸收增强型石墨烯硅基太阳能电池
技术领域
本实用新型涉及新型太阳能电池领域，特别是涉及一种石墨烯硅基肖特基结太阳能电池，具体的说是一种光谱吸收增强型石墨烯硅基太阳能电池。
背景技术
太阳能电池是利用半导体材料的光生伏特效应将光能转换为电能的一种器件。按照结构来分可以分为由同质材料构成一个或多个PN结的同质结太阳能电池；由异质材料构成一个或多个PN结的异质结太阳能电池；由金属和半导体接触构成的肖特基结太阳能电池；由电解质中半导体电极构成的光电化学太阳能电池。近年来发展最为成熟的硅基半导体PN结太阳能电池面临高能耗、高成本、高污染等几大问题，相关技术和产业已经出现瓶颈。目前人们全力寻找新材料，设计新结构，开发新工艺，旨在制备出更高效、更环保、低成本的新型光伏器件。
石墨烯是零带系半导体，其能带结构在K空间成对顶的双锥形，费米面在迪拉克点之上，石墨烯为n型，费米面在狄拉克点以下为p型。石墨烯薄膜与n型单晶硅结合可构成石墨烯硅基肖特基结，并进一步组装成太阳能电池，得到1.0％～1.65％的转换效率(XinmingLi,Hongwei Zhu,et al.Adv.Mater.2010,22,2743-2748)。近年来，新型的石墨烯硅基太阳能电池已经发展起来，成为极具发展潜力的新型光伏器件。目前美国、韩国、新加坡以及国内的科研单位均围绕提高石墨烯硅基太阳能电池的转换效率进行了广泛而深入的研究。
与传统p-n或p-i-n结构的硅基太阳能电池相比，石墨烯硅基异质结电池结构简单，避免了复杂的高温扩散工艺，制备过程环保，有效的降低了太阳能电池的成本。但目前该结构电池光电转换效率不高，主要是由于硅材料禁带宽度在1.7ev左右，对太阳辐射光谱的长波段吸收较弱，提高石墨烯硅基太阳能电池的转换效率成为目前国内外研究的热点。
实用新型内容
针对上述现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种结构简单、成本较低的光谱吸收增强型石墨烯硅基太阳能电池，来解决现有结构中光谱吸收率不高的问题。
本实用新型的技术解决方案是：
一种光谱吸收增强型石墨烯硅基太阳能电池，其特征在于：包括背电极，背电极上设置单晶硅片，单晶硅片上设置二氧化硅层，所述二氧化硅层是具有通孔的环状结构，所述二氧化硅层的表面和二氧化硅层通孔暴露的单晶硅片表面设置石墨烯薄膜层，石墨烯薄膜层上设置氮化硅薄膜提高光谱的吸收率。
所述光谱吸收层氮化硅薄膜为厚度5～100nm的二维织状结构，可以为单层薄膜或多层薄膜；对于350～1100nm范围的光谱反射率低于10％；表面均匀度介于60％～85％。通过NH3和SiH4分子在高频微波源的作用下由等离子体作用分解并沉积在沉底表面。
所述石墨烯薄膜层为单层或多层石墨烯，厚度为1～30nm。通过直接转移、甩膜、喷涂、浸沾、过滤或石墨烯有机悬浮液平铺方式制备石墨烯薄膜，干燥后石墨烯薄膜与器件表面紧密贴合。
所述背电极材质为Cu、Ag、Al、ZnO和ITO中的一种。通过真空蒸发和磁控溅射等方法制备。
本实用新型所的有益效果是氮化硅薄膜通过改变广德传播途径和是光在薄膜多次反射增强吸收，有效降低了器件表面和界面的发射和散射所造成的光能量损失，同时具有良好的抗氧化和绝缘性能，较好的阻挡金属离子和水分子的扩散。从而提高光伏电池吸收光的效率和降低表面漏电流。所有工艺步骤均是成熟工艺，制备成本低廉。通过该技术方案的技术参数进行筛选，电池转换效率提高10％左右。
附图说明
图1为光谱吸收增强型石墨烯硅基太阳能电池的结构剖视图；
图2为实施例1、实施例2以及无氮化硅薄膜器件的IV测试曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为对本实用新型的限定。
实施例1
请参见图1，在n型单晶硅片4前表面制备二氧化硅SiO2层3，二氧化硅SiO2层3开有通孔；n型单晶硅片4后表面制备金属Al背电极5；采用喷涂工艺将石墨烯溶液平铺在二氧化硅层3和由二氧化硅层3通孔暴露的n型单晶硅片4表面，经过干燥后石墨烯薄膜2厚度为15nm与n型单晶硅表面紧密贴合，石墨烯薄膜2表面利用等离子增强化学沉积法制备30nm的氮化硅薄膜，SiH4/NH3比为8∶1，退火温度450℃；石墨烯薄膜2一端引出导线作为电池的正极，背电极5一端引出导线作为电池的负极。
实施例2
请参见图1，在n型单晶硅片4前表面制备二氧化硅SiO2层3，二氧化硅SiO2层3开有通孔；n型单晶硅片4后表面制备金属Al背电极5；采用喷涂工艺将石墨烯溶液平铺在二氧化硅层3和由二氧化硅层3通孔暴露的n型单晶硅片4表面，经过干燥后石墨烯薄膜2厚度为20nm与n型单晶硅表面紧密贴合，石墨烯薄膜2表面利用等离子增强化学沉积法制备50nm的氮化硅薄膜，SiH4/NH3/H2比为8∶2∶1，退火温度600℃；石墨烯薄膜2一端引出导线作为电池的正极，背电极5一端引出导线作为电池的负极。
图2为实施例1、实施例2制得的光谱吸收增强型石墨烯硅基太阳能电池的IV测试曲线图，图中可以看出通过技术方案的优化，光谱吸收增强型石墨烯硅基电池的效率与常规结构相比有显著提高。

Claims (4)

1.一种光谱吸收增强型石墨烯硅基太阳能电池，其特征在于：包括背电极(5)，背电极(5)上设置单晶硅片(4)，单晶硅片(4)上设置二氧化硅层(3)，所述二氧化硅层(3)是具有通孔的环状结构，所述二氧化硅层(3)的表面和二氧化硅层(3)通孔暴露的单晶硅片表面设置石墨烯薄膜层(2)，所述石墨烯薄膜层(2)上设置氮化硅薄膜(1)。
2.根据权利要求1所述的光谱吸收增强型石墨烯硅基太阳能电池，其特征在于：所述氮化硅薄膜(1)为单层或多层膜，厚度5～100nm，对于350～1100nm范围的光谱反射率低于10％，表面均匀度60～85％。
3.根据权利要求1所述的光谱吸收增强型石墨烯硅基太阳能电池，其特征在于：所述石墨烯薄膜层(2)为单层或多层石墨烯，厚度为1～30nm。
4.根据权利要求1所述的光谱吸收增强型石墨烯硅基太阳能电池，其特征在于：所述背电极(5)材质为Cu、Ag、Al、ZnO和ITO中的一种。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108321221A (zh) * 2018-04-09 2018-07-24 常熟理工学院 具有微腔结构的石墨烯太阳能电池及其制备方法
CN112820782A (zh) * 2021-01-05 2021-05-18 黄俊雄 一种石墨烯硅基太阳能电池及其制造方法

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