[实用新型]柔性异质结薄膜太阳能电池

说明书

技术领域

本实用新型属于基本电气元件领域，涉及一种将电磁波转化为电能的电气元件，特别涉及一种基于单晶硅和石墨烯的柔性异质结薄膜太阳能电池。

背景技术

太阳能电池是一种通过将太阳能转化为电能进而加以利用的电气元件，目前太阳能电池多以单晶硅为主要原材料，通过对单晶硅进行不同掺杂形成PN结，利用PN结将太阳辐射转化为电能。目前，单晶硅太阳能电池的构造和生产工艺已较为成熟，其转化效率可达24％，产品已广泛用于空间和地面。

然而，单纯的单晶硅太阳能电池中单晶硅的厚度约为300-500微米，导致单晶硅的消耗量过大，且产品的柔韧性较差，无法满足市场使用的需求。

石墨烯是一种具有有益理化性能的新型材料，其高电子迁移率为＞250000cm²V^-1S^-1、高透光率＞97％、高机械强度约为130GPa、且带隙为零、费米能级可调，有望在光伏电池领域获得广泛应用。

发明内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种基于石墨烯和单晶硅的柔性异质结薄膜太阳能电池。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

柔性异质结薄膜太阳能电池，包括厚度为3-30μm的单晶硅基底和覆盖在单晶硅基底上表面的石墨烯，所述单晶硅基底下表面设有金属背电极，所述单晶硅基底与石墨烯构成肖特基结。

进一步，所述石墨烯为P型掺杂石墨烯。

进一步，所述单晶硅为N型，晶向为(100)。

进一步，所述金属背电极材料与单晶硅衬底形成欧姆接触，其材质为Al、Ag、Au、LiF/Al、Ni/Ag、Ni/Au、Ti/Au、Ti/Ag或镓铟合金。

进一步，还包括前电极、封装材料和柔性衬底。

进一步，所述前电极设置在石墨烯表面，其材质为Al、Au、Ag、Pt、Cu、Ni或ZnO、碳电极材料。

进一步，所述封装材料材质为PDMS、UV紫外固化胶、热固性树脂或PMMA。

进一步，所述柔性衬底材质为PET或聚酰亚胺。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的新型太阳能电池间石墨烯和单晶硅结合使用，两者之间形成肖特基结，可以有效将太阳辐照转化为电能，石墨烯还具有良好的透光率和导电性，可以起到分离光生电子和空穴的作用，本实用新型新型太阳能电池可以大幅减薄单晶硅的厚度，有助降低制造成本，简化工艺流程。另外，本实用新型的太阳能电池具有极高的柔韧性能，可结合在衣服、背包、手表、汽车、无线电子器件等日常生活品上，而且在航天、军工、生物检测等高技术领域也具有巨大的应用潜力。最后，本实用新型的单晶硅太阳能电池的光电转化效率可达14.5％，显示了其巨大应用潜力。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本实用新型提供如下附图进行说明：

图1为实施例1柔性异质结薄膜太阳能电池结构示意图；

图2为实施例1封装后柔性异质结薄膜太阳能电池结构示意图；

图3为实施例1减薄后16.1μm单晶硅截面的SEM图；

图4为实施例1未掺杂柔性异质结薄膜太阳能电池的I-V特性曲线；

图5为实施例2掺杂后柔性异质结薄膜太阳能电池的I-V特性曲线。

具体实施方式

下面将结合附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。

实施例1：

本实施例的柔性异质结薄膜太阳能电池结构如图1所示，包括单晶硅基底1、沉积在单晶硅基底1背面的金属背电极3、覆盖在单晶硅基底1正面的石墨烯薄膜2以及位于石墨烯表面的前电极4。

本实施例的柔性异质结薄膜太阳能电池按如下方法制得：

1、取N型(100)晶向单晶硅(电阻率1-10Ω·cm，厚度300微米)并减薄至16.1微米得到如图3所示单晶硅基底，减薄后的单晶硅具有良好的柔韧性能；

本步骤采用化学刻蚀方法对单晶硅进行减薄，减薄腐蚀液可为质量分数20％-70％的高浓 度碱性溶液如氢氧化钾(KOH)、氢氧化钠(NaOH)、四甲基氢氧化铵(TMAH)，腐蚀溶液温度可选在70-100℃(本实施例腐蚀液选用30wt％的KOH溶液，温度为80℃)；

2、在单晶硅背面制作一层金属背电极；