[发明专利]一种太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池及其制备方法，尤其涉及一种石墨烯肖特基结太阳能电池及其制备方法。

背景技术

太阳能电池又称为“太阳能芯片”或“光电池”“，是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片，它只要被光照到，瞬间就可输出电压及电流。目前最常用的太阳能电池是多晶硅电池，其工作原理是基于p-n结。虽然多晶硅电池稳定，转化率较高，但是其存在高能耗、污染大、制备过程繁琐等问题。目前，人们正在全力寻找可以代替硅的材料，以期制备出效率更高，成本更低，更加环保的电池。

石墨烯作为第一种能够常温下稳定存在的二维晶体，具有很多优异的性质，比如说很高的电子迁移率（常温下可达到2.5×10⁵cm²V^-1S^-1），优异的机械性能（杨氏模量1TPa），高导热系数（3000WmK^-1）。这些优异的性能另其在很多领域都有着潜在的应用，比如在光伏器件中的应用。CN101771092A公开了一种涉及到石墨烯的基于肖特基异质结的太阳能电池。该电池结构简单，成本低廉，具有一定的转化率（1.6%）。

目前已有的改进石墨烯/硅电池的方法有两种。第一种方法是通过化学掺杂来改善石墨烯的电学性质。文献1（X.C.Miao,S.Tongay,M.K.Petterson,K.Berke,A.G.Rinzler,B.R.Appleton,A.F.Hebard,Nano Letters2012,12,2745-2750.）采用双（三氟甲磺酰基）酰胺（TFSA）对石墨烯进行化学掺杂，电池效率提高了4.6倍（1.9%到8.6%）。但化学掺杂对单层石墨烯效果最明显，随着层数的增多，其效果逐渐下降。另一种方法是采用减反射层来改进石墨烯/硅电池的效率（E.Shi,H.Li,L.Yang,L.Zhang,Z.Li,P.Li,Y.Shang,S.Wu,X.Li,J.Wei,K.Wang,H.Zhu,D.Wu,Y.Fang,A.Cao,Nano Letters2013,13,1776-1781.），但是该方法只能增加电池的吸光，并没有从本质上来改善电池的效率。

由此可以看出，本领域需要进一步提高太阳能电池的光电转化率。

发明内容

本发明旨在提供一种简单，有效的方法来提高太阳能电池效率及该方法得到的太阳能电池。

本发明的目的之一在于提供一种石墨烯太阳能电池，所述太阳能电池由下至上依次包括：硅片层、氧化石墨烯层和石墨烯层。

本发明通过在石墨烯和硅之间设置氧化石墨烯层，有效的对硅表面态进行钝化，提高肖特基势垒的高度，从而提高了太阳能电池的效率。

优选地，所述氧化石墨烯层中氧碳比为0.8～3.0，优选0.9～1.5。

氧化石墨烯层的成分为氧化石墨烯，氧化石墨烯中的氧碳比（O/C）影响了载流子在太阳能界面处的传输，因此对电池转化率具有很大的影响。因此，选择具有合适氧碳比的氧化石墨烯，能够更加有效的提高太阳能电池的光电转化率。

优选地，所述氧化石墨烯层的厚度为1～10nm，优选2～6nm。

给氧化石墨烯层选择合适的厚度可以有效提高电池效率，低于1nm会使氧化石墨烯薄膜不连续，高于10nm会因为厚度过高影响载流子传输，增加载流子在氧化石墨烯中的复合，都会降低电池效率。

优选地，所述石墨烯层的厚度为0.8nm～8nm，优选2～6nm。

10层以内的多层石墨烯有利于提高电池效率。因此我们选用的石墨烯厚度为0.8～8nm，约为1～10层。

优选地，所述硅片层的厚度为300～500μm。

优选地，当所述太阳能电池的面积为0.09cm²时，其光电转化率为5%。

本发明的目的之二是提供一种太阳能电池，所述太阳能电池通过将目的之一所述太阳能电池进行化学掺杂得到。

本发明目的之二所述太阳能电池具有如下性能：

当所述太阳能电池的面积为0.09mm²时，其光电转化率为8%～9%。

本发明的目的之三是提供一种太阳能电池，所述太阳能电池通过在目的之一所述太阳能电池表面涂覆减反射层得到；

或者，所述太阳能电池通过在目的之二所述太阳能电池表面涂覆减反射层得到。

优选地，所述减反射层的材料选自TiO₂、MgF₂或SiO₂中的任意1种或至少2种的组合。