[发明专利]一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池及其制备方法

权利要求书

1.一种基于表面等离子体增强原理的太阳能电池，其包括在背电极上依序层叠排列的：宽禁带半导体层、光敏化染料层、石墨烯层及金属纳米颗粒层。

2.根据权利要求1所述的基于表面等离子体增强原理的太阳能电池，其特征在于：所述宽禁带半导体层由下述任意一种半导体材料组成：氧化锌、二氧化钛、氮化镓、碳化硅和硫化锌；所述宽禁带半导体层的厚度为300nm～800nm；

所述光敏化染料层由多吡啶钌配合物类染料敏化剂组成；多吡啶钌配合物类染料敏化剂优选为下述任意一种：K19、N3、N719、Z907和Black dye；所述光敏化染料层的厚度为1～2nm。

3.根据权利要求1或2所述的基于表面等离子体增强原理的太阳能电池，其特征在于：所述石墨烯层为单层石墨烯片；

所述金属纳米颗粒层沉积于所述石墨烯层上，所述金属纳米颗粒由下述至少一种金属的纳米颗粒组成：金、银和铜；所述金属纳米颗粒层的厚度为5～15nm，所述纳米颗粒的粒径为20～60nm。

4.根据权利要求1-3中任一所述的基于表面等离子体增强原理的太阳能电池，其特征在于：所述背电极由下述至少一种材料组成：铟、银和铝；所述背电极的厚度为150nm～200nm。

5.根据权利要求1-4中任一所述的基于表面等离子体增强原理的太阳能电池，其特征在于：所述太阳能电池，其结构还包括设于所述金属纳米颗粒层上的柔性透明材料层；所述柔性透明材料层优选由下述任意一种材料制成：聚丙烯酸甲酯、聚乙烯对苯二甲酯和聚酰亚胺；所述柔性透明材料层的厚度为100-300nm。

6.制备权利要求1-4中任一所述基于表面等离子体增强原理的太阳能电池的方法，包括下述步骤：

1）制备表面平整的宽禁带半导体；其中，所述宽禁带半导体的一面为光滑表面，另一面为粗糙表面；

2）在步骤1）制备的表面平整的宽禁带半导体的粗糙表面蒸镀金属，形成背电极；

3）在经步骤2）处理后的宽禁带半导体的光滑表面组装光激发染料，形成光敏化染料层；

4）在石墨烯片的一侧表面上蒸镀金属，然后将其进行退火处理，得到一侧表面负载金属纳米颗粒的石墨烯片；

5）将步骤4）制备的一侧表面负载金属纳米颗粒的石墨烯片转移至所述光敏化染料层表面，得到所述基于表面等离子体增强原理的太阳能电池；其中石墨烯片中未负载金属颗粒的表面与所述光敏化染料层相接触。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：

所述步骤1）中所述宽禁带半导体为氧化锌、二氧化钛、氮化镓、碳化硅或硫化锌；

所述步骤2）中所蒸镀的金属选自下述至少一种：铟、银和铝；所述背电极的厚度为150nm～200nm；

所述步骤3）中，所述光激发染料为多吡啶钌配合物类染料敏化剂，优选为K19、N3、N719、Z907或Black dye；

所述光激发染料通过浸涂法或旋涂法组装到宽禁带半导体表层，得到厚度为1～2nm的光敏化染料层；

所述步骤4）中，所述金属选择下述至少一种：金、银和铜；

所述步骤4）中，所述蒸镀金属的具体方法如下：以所述金属为靶材，采用真空蒸镀法在所述石墨烯片上沉积金属；所述真空蒸镀法中所采用的真空度为3.5×10^-4～5×10^-4P；所蒸镀的金属为5～15nm；

所述退火处理的具体方法如下：在氢气和氮气的混合气氛中，在300-350℃退火30-45min；其中氢气的流量为550-650sccm，氮气的流量为550-650sccm。