[实用新型]一种石墨烯纳米晶硅太阳能电池

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种石墨烯纳米晶硅太阳能电池的结构。

背景技术

当前市场上非晶硅太阳能电池占有很大比例，但其转换效率低且稳定性差，其稳定性差集中体现在其能量转换效率随辐照时间的延长而变化，直到数百或数千小时后才稳定。这个问题在一定程度上影响了这种低成本太阳能电池的应用。此外，要与晶体硅太阳能电池产生同样的电量需要的面积广，在安装空间和光照面积有限的情况下限制了它的推广。晶体硅太阳能电池也因其造价昂贵、耗量大及转换效率难以进一步提升等问题而限制其进一步发展。新发展起来的纳米晶硅太阳能电池也因不能充分吸收各光波段而受到限制。因而急需一种新工艺来制备高效率低成本的太阳能电池。石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，其物理结构稳定，电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。石墨烯也被认为是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。此外，其带隙宽带为零，因而为其掺杂做为石墨烯太阳能电池材料提供了条件，且现如今已经有较成熟的方法来制备石墨烯，如：机械剥离法、化学氧化法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、有机合成法和碳纳米管剥离法等。而纳米晶硅作为本实用新型太阳能的其中一部分，具有低成本、宽帯隙、高光吸收系数等优点。 

发明内容

为解决上述非晶硅太阳能电池效率低、晶体硅太阳能电池成本高耗量大的问题，本实用新型提供了一种石墨烯纳米晶硅太阳能电池，其结构从上到下依次为：金属上电极、宽帯隙的n型石墨烯、宽帯隙的p型石墨烯、n型纳米晶硅薄膜、p型纳米晶硅薄膜、窄帯隙的n型石墨烯、窄帯隙的p型石墨烯、金属下电极。本实用新型的特点在于：利用石墨烯材料薄且坚硬的特点，可以将其直接用作衬底；所述的宽带隙的n型及p型石墨烯用以吸收短波段波长的太阳光；所述的n型及p型纳米晶硅用以吸收中波段波长的太阳光；所述的窄带隙的 n型及p型石墨烯用以吸收长波段波长的太阳光。其优点是：以不同带隙的石墨烯和纳米晶硅结合，充分吸收太阳各波段光，并利用石墨烯材料优越的导电本领，进而达到提高太阳电池光电转换效率的目的。 

附图说明

附图为本实用新型太阳能结构示意图。

附图标号说明如下： 

1—金属上电极；

2—宽帯隙的n型石墨烯；

3—宽帯隙的p型石墨烯；

4——n型纳米晶硅薄膜；

5——p型纳米晶硅薄膜；

6—窄帯隙的n型石墨烯；

7—窄帯隙的p型石墨烯；

8——金属下电极。

具体实施方例

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。

本实用新型按附图1各层结构，它包括从上到下依次分布的金属上电极1、宽帯隙的n型石墨烯2、宽帯隙的p型石墨烯3、n型纳米晶硅薄膜4、p型纳米晶硅薄膜5、窄帯隙的n型石墨烯6、窄帯隙的p型石墨烯7、金属下电极8。本实施例中，金属上电极和下电极通过蒸发法制备，其厚度为10-50纳米；石墨烯通过化学氧化法或晶体外延生长法或化学气相沉积法中的一种制备，其厚度不超过100纳米；纳米晶硅薄膜可以通过热丝化学气相沉积法制备，其厚度不超过100纳米。p型石墨烯的获取可以用硼等掺杂，n型石墨烯的的获取可以用氮掺杂或通过p型石墨烯转化。