[发明专利]一种柔性石墨烯硅太阳能电池的制备方法

说明书

本发明公开了一种柔性石墨烯硅太阳能电池的制备方法，首先制备柔性硅片，然后将柔性硅片进行封闭处理，再在柔性硅片表面引入倒金字塔结构，采用化学钝化或/和场钝化的方法对硅片表面进行钝化，然后采用旋涂法实现石墨烯量子点对硅片表面的修饰，再引入导电层和转移片层石墨烯，最后接入电极，完成柔性石墨烯硅太阳能电池的制备，本发明制备了超薄柔性硅，使得硅可弯曲且减少了硅量的使用，采用低成本的化学刻蚀和金属铜催化化学刻蚀技术在超薄硅基底表面引入了大规模倒金字塔阵列，增加了硅基底光谱吸收率且降低硅的表面积，将石墨烯与量子点层引入至石墨烯超薄硅界面处，起到减反涂层和电子阻挡层的作用，使电池更高效，应用前景广阔。

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种柔性石墨烯硅太阳能电池的制备方法。

背景技术

近年来，太阳能因其储量无穷、不受地域限制、清洁无污染等优点而备受世界各国关注。太阳能电池是光伏发电的核心部件，凭借丰富的储量、合适的能带结构、优异的可靠性和成熟的制造工艺等优势，硅材料牢牢占据着商业太阳能电池材料的主要市场（占比超90%）。然而，传统硅基太阳能电池存在硅用量大、制备工艺复杂、设备成本高等问题致使当前太阳能电池发电成本仍旧较高，此外，传统的硅基电池因其脆性大、质量重很难适用于一些对重量和柔韧性有特殊要求的环境中，这些因素都大大阻碍了太阳能光伏发电的普及应用。传统硅基电池的这些缺点激发科研人员不断致力于成本更低、质量更轻、效率更高的新型硅基太阳能电池的研究。通过借鉴近来兴起的异质结太阳能电池的研究思路，人们将目光投向于柔性超薄硅与新型能源材料结合的异质结太阳能电池，其中柔性石墨烯/硅（Gr/Si）肖特基结太阳能电池因其原材料丰富，制备工艺简便，不需经过常规的高温扩散，避免了高温耗能等优势有望实现电池成本的进一步降低而受到关注。然而，如何通过合理的结构设计改善其光学、电学特性，使柔性石墨烯硅器件取得稳定、可靠的高效率是目前面临的主要挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性石墨烯硅太阳能电池的制备方法，该方法采用低成本的化学刻蚀和金属铜催化化学刻蚀技术在超薄硅基底表面实现大规模倒金字塔阵列的可控制备，以实现硅基底增加光谱吸收及降低硅表面积的目标。

本发明的的技术方案如下：首先制备柔性硅片，然后将柔性硅片进行封闭处理，再在柔性硅片表面引入倒金字塔结构，采用化学钝化或/和场钝化的方法对硅片表面进行钝化，然后采用旋涂法实现石墨烯量子点对硅片表面的修饰，再引入导电层和转移片层石墨烯，最后接入电极，完成柔性石墨烯硅太阳能电池的制备。

一种柔性石墨烯硅太阳能电池的制备方法，具体操作如下：

（1）柔性硅片的制备：将硅片洗净后置于质量浓度为20~90%的KOH或NaOH溶液中进行刻蚀，刻蚀时间为0.2~12h，刻蚀温度为25~90℃，刻蚀后的硅片具有柔性，刻蚀后的硅片厚度为1~65μm；

（2）柔性硅片的密封处理：将步骤（1）柔性硅片上表面留出中间部分作为窗口，将上表面除窗口外的其余部分进行胶封处理，然后将硅片置于质量浓度为1~40%的HF酸溶液中浸泡1~60min，去除窗口表面和硅片背面的氧化层；

（3）倒金字塔结构的引入：将步骤（2）浸泡后的硅片置于HF-Cu(NO₃)₂-H₂O₂刻蚀液中，刻蚀液中HF的浓度为0.1~10mol/L，Cu(NO₃)₂ 的浓度为0.01~0.4 mol/L，H₂O₂ 的浓度为0.5~5.0mol/L，刻蚀时间为3~60min，刻蚀温度为25~60℃，刻蚀后将硅片置于质量浓度为5~50%硝酸溶液中浸泡1~50min，然后再置于质量浓度为1~10%HF溶液中浸泡1~30min，最后用去离子水冲洗硅片，即在硅片表面引入倒金字塔结构；