[发明专利]一种具有日光光伏效应的异质结薄膜材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于薄膜太阳能电池材料及光电器件材料技术领域，特别涉及一种具有日光光伏效应的异质结薄膜材料及其制备方法，具体来说，是一种具有日光光伏效应的铁掺杂碳/氧化硅/硅异质结薄膜材料及其制备方法。

背景技术

随着现代工业的蓬勃发展，传统的石化能源不断枯竭，由此造成的环境污染也日益严重。因此，如何高效地利用太阳能现已经成为世界各国政府能源研究的重点，高效率低成本太阳能电池的研制就是太阳能利用的重要途径之一。太阳能光伏电池是由光电效应把光能转化为电能的装置。太阳能电池是一种清洁的可再生能源。尽管目前占主流的太阳能电池是单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳能电池，但是由于复杂的制备工艺和过高的生产成本限制了它在日常生活中的广泛应用。Rusop通过PLD的方法制备了B掺杂的非晶碳膜/硅异质结太阳能电池。非晶碳薄膜材料因其制备方法多样，材料便宜易得，结构物质稳定度高，原材料资源丰富而且无毒，带隙可调性大等优点，成为一种非常有可能提高太阳电池效率的新的材料。

a-C/Si碳基半导体在光伏方面的应用最早可以追溯到在上个世纪90年代日本科学家H.A.Yu和TKaneko的研究[1]。随后日本及欧美的一大批科研工作者在此领域进行了探索，以日本学者为最多和最有代表性。如AshrafM.M.Omer[2]，Mohamad Rusop[3]分别用氮和磷元素成功实现了非晶碳膜的n型掺杂并制备了n-C/p-Si太阳能电池，Kalaga M.Krishna[4]等则报导了用离子溅射和化学气相沉积方法(CVD)制备的用硼元素实现p型掺杂的p-C:B/n-Si太阳能电池。随此后的十余年时间，非晶碳基光伏电池的研究日趋繁荣并取得了长足的进步。国内清华大学的吴德海，朱宏伟教授组近年来致力于石墨烯、非晶碳基光伏电池的研究，发表了一批很有影响力的文章；国内清华大学的章晓中教授组在碳基多功能光电薄膜材料方面的研究已有多年，在此领域取得了卓有成效的工作。C/Si基异质结是一种非常有潜力的太阳能电池的材料，具有产生较大转换效率而减少或最终完全移除Si层的可能性。碳基材料太阳能电池是科学研究和实用应用上都值得探索的课题。

目前关于非晶碳和硅构成的a-C/Si异质结结构，其p型掺杂除了成功的用硼掺杂、碘掺杂和本课题提出的钴掺杂和通过铁层扩散的方法来实现外[5，6]，尚未有其他掺杂材料的有关报导。通过铁层退火扩散的方法，能有效实现碳膜的铁掺杂，但是，无法精确控制碳膜中的铁掺杂含量[6，7]，而碳的非晶特征造成的pn结区的界面问题，也制约着该类电池的发展。

参考文献：

1.H.A.Yu，Y.Kaneko，S.Yoshimura，S.Otani，Appl.Phys.Lett.68，547(1996).

2.Ashraf M.M.Omera and Sudip Adhikari，APPLIED PHYSICS LETTERS 87，161912(2005).

3.M.Rusop，Tetsuo Soga，Takashi Jimbo.Sol.Energy Mater.Sol.Cells.90，3214(2006).

4.K.M.Krishna，Y.Nukaya，T.Soga，T.Jimbo，Sol.Energy Mater.Sol.Cells.65163(2001).

5.Properties of Fe doped amorphous Carbon thin films for photovoltaic solar cell applications.Mater.Sci.Forum.685，110(2011).

6.A bias voltage dependent positive magnetoresistance in Cox-C1-x/Si heterostructure.APPL.Phys.LETT.95，022503(2009).

7.Enhancing Photovoltaic Characteristics of Iron Doped Amphous Carbon/Al₂O₃/Si Solar Cell by Al₂O₃ Interface Passivation.Jpn.J.Appl.Phys.50，070204(2011).

发明内容