[实用新型]石墨烯基复合薄膜及自清洁太阳能薄膜电池

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，具体涉及一种石墨烯基复合薄膜及自清洁太阳能薄膜电池。

背景技术

随着半导体技术的发展和技术节点的不断降低，传统的硅材料已经表现出诸多限制和缺陷，由于石墨烯是目前世界上最薄、强度最高、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，所以石墨烯成为理想的硅的替代品。石墨烯薄膜制备以及性能已经受到全世界的关注和广泛研究，石墨烯薄膜因具有快速的载流子迁移率、高硬度以及易弯曲性而有望应用于半导体器件中。

然而，石墨烯的禁带宽度为零，而半导体材料是要求具有一定禁带宽度的，因此研究如何将石墨烯薄膜的上述优点应用于半导体领域中是具有重要意义的。通常将半导体纳米材料与石墨烯复合来制备出兼具石墨烯上述优点也兼具半导体性能的复合结构，然而，半导体纳米材料在石墨烯上的生长是较为困难的，这也是业界的难题；虽然有人在石墨烯薄膜上制备出连续的纳米材料薄膜，但是这些纳米材料薄膜很容易脱落，限制了该复合结构的应用；为了提高纳米材料薄膜与石墨烯薄膜的结合度，可以尝试采用降低纳米材料薄膜的厚度的方法，并且为了进一步在石墨烯薄膜上生长出连续的纳米材料薄膜来发挥纳米材料薄膜的性能、以及提高石墨烯基复合结构的柔性等，更希望在石墨烯薄膜上生长的纳米材料薄膜的厚度降低至超薄甚至几个纳米的厚度，然而这样将得不到连续的纳米材料薄膜。

此外，现有的太阳能电池存在如下缺陷：太阳能电池长期暴露于空气中造成自身的清洁问题，并且光利用率较低，发电效率低、体积较大，太阳能电池不能根据外界环境变化做到有效地自我保护。例如，当遇到雨天时，太阳能电池暴露于雨水之中，当处于夜晚时，太阳能电池此时不能够吸收太阳光进行工作了还暴露于空气中，从而造成太阳能电池的污染以及寿命降低。因此，研究在不影响太阳能电池的透过率的前提下，提高发电效率还能使太阳能电池兼具自我清洁功能，是具有重要意义的。

实用新型内容

为了克服以上问题，本实用新型旨在提供一种石墨烯基复合薄膜以及以该石墨烯基复合薄膜为基础的太阳能薄膜电池，来使得该石墨烯薄膜上生长出极薄的连续纳米材料薄膜，并且使太阳能薄膜电池具有自我清洁功能的同时还能够提高发电效率。

为了达到上述目的，本实用新型一种石墨烯基复合薄膜，其特征在于，包括：一石墨烯薄膜以及垂直生长于所述石墨烯薄膜上的纳米薄膜；所述纳米薄膜的平面与所述石墨烯薄膜垂直；所述纳米薄膜的底部与所述石墨烯薄膜通过化学键相键合；所述纳米薄膜的材料为半导体光催化材料。

优选地，所述石墨烯薄膜为两层原子层的石墨烯薄膜或三层原子层的石墨烯薄膜。

优选地，所述纳米薄膜具有多个微镂空结构，从而构成纳米网。

优选地，相邻的所述微镂空结构之间的间距不大于10nm。

优选地，所述纳米网由纳米线垂直于透明衬底生长且相邻纳米线的侧面相接触形成纳米薄膜，再经纳米薄膜刻蚀形成微镂空区域。

优选地，相接触的所述纳米线之间通过化学键相键合。

优选地，纳米线的直径即为所述纳米薄膜的厚度。

优选地，所述纳米薄膜的厚度不大于10nm。

优选地，所述半导体光催化材料为宽带隙半导体光催化材料。

优选地，所述宽带隙半导体光催化材料为钛合金纳米线和/或锌合金纳米线。

优选地，所述石墨烯薄膜上具有多个呈阵列排布的所述纳米薄膜。

为了达到上述目的，本实用新型还提供了一种石墨烯基自清洁太阳能薄膜电池，其从上到下依次设置有光透过层、透明电极层以及光转换层，入射光依次经光透过层和透明电极层，再进入光转换层，光转换层吸收了入射光之后进行光电转换而产生电；光透过层具有上述的石墨烯基复合薄膜，其中，所述石墨烯薄膜的底部位于透明电极层上表面。

优选地，所述透明电极层采用权利要求1所述的石墨烯基复合薄膜，在光透过层的石墨烯薄膜下表面接触设置有透明衬底层，透明电极层的石墨烯薄膜紧贴透明衬底层下表面，透明电极层的石墨烯基复合薄膜中的纳米薄膜位于其石墨烯薄膜的下表面。

优选地，在所述光透过层上方设置有可伸缩柔性透明保护层，所述可伸缩柔性透明保护层与所述光透过层之间具有空隙，来避免所述可伸缩柔性透明保护层与所述光透过层相接触；所述可伸缩柔性透明保护层的边缘连接有绝缘支撑结构，绝缘支撑结构的底部环绕设置于相应的所述光透过层的边缘，从而支撑可伸缩柔性透明保护层；所述可伸缩柔性透明保护层通过伸展或卷曲来实现对所述光透过层的遮蔽或暴露。