[发明专利]一种石墨烯/砷化镓太阳电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能技术领域，尤其涉及一种石墨烯/砷化镓太阳电池的制备方法。

背景技术

太阳能作为地球生命之源，一种近乎于无限储量的能源，一直是新能源中的首选。到达地球的太阳能功率极其巨大，可达173,000TW，相当于每秒提供500万吨煤炭所蕴含的能量。可将太阳能直接转换为电能的太阳电池成为了人们关注重点。在目前众多光伏发电技术中，硅基太阳电池，特别是晶体硅太阳电池依旧占据了市场主要份额。但是硅材料提纯过程所造成的污染问题以及其复杂的制备工艺也使得硅太阳电池的发展遇到了瓶颈。与硅材料相比，砷化镓具有正好可吸收太阳光线的1.4eV禁带宽度，比硅更高的载流子迁移率，同时属于直接带隙材料，因此在需要高效率太阳电池的场合通常会使用砷化镓太阳电池。但是传统砷化镓太阳电池居高不下的制备成本严重限制了其大范围应用。

石墨烯自2004年首次从石墨中分离出以来，优异的导电导热性能、高透光率、高杨式模量等诸多优点使得它非常适合应用于光伏领域。目前已经有研究者将石墨烯与硅材料结合形成肖特基结以作为太阳电池，测得最高效率14.5％，这与市场主流单晶硅太阳电池尚有差距。也有研究者将石墨烯与砷化镓材料结合，构成肖特基结太阳电池，但效率仅有3.36％，效果也远不够理想。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种石墨烯/砷化镓太阳电池的制备方法，制备的石墨烯/砷化镓太阳电池具有较高的光电转化效率。

本发明提供了一种石墨烯/砷化镓太阳电池的制备方法，包括以下步骤：

1)在砷化镓外延片表面制备窗口层，然后在窗口层表面制备重掺杂砷化镓帽子层；

2)在重掺杂砷化镓帽子层表面制备正面电极，在砷化镓外延片远离窗口层的表面制备背面电极；

3)采用化学腐蚀法腐蚀正面电极栅线间的重掺杂砷化镓帽子层，露出窗口层；

4)在所述露出的窗口层表面制备石墨烯层；

5)在所述石墨烯层表面制备减反层，得到所述石墨烯/砷化镓太阳电池。

在本发明的某些具体实施例中，所述石墨烯层的石墨烯为1～10层。

在本发明的某些具体实施例中，所述步骤1)中，石墨烯层的制备方法为化学气相沉积法、机械剥离法和氧化还原法中的任意一种或几种。

在本发明的某些具体实施例中，所述砷化镓外延片的结构为单结或多结联级结构。

在本发明的某些具体实施例中，所述砷化镓外延片的结构为单结砷化镓/砷化镓、单结砷化镓/锗、双结镓铟磷/砷化镓、双结镓铟磷/镓铟磷、双结铝镓铟磷/砷化镓、双结铝镓铟磷/铟镓磷、三结镓铟磷/砷化镓/锗、三结铝镓铟磷/砷化镓/锗、三结镓铟磷/铟镓砷/锗和三结铝镓铟磷/铟镓砷/锗中的任意一种或多种。

在本发明的某些具体实施例中，所述砷化镓外延片包括衬底、缓冲层、背场和隧穿层。

在本发明的某些具体实施例中，所述砷化镓外延片通过MOCVD法或LPE法制备而成。

在本发明的某些具体实施例中，所述步骤3)中，化学腐蚀法的腐蚀液为氨水、双氧水、柠檬酸、柠檬酸钾和磷酸中的一种或几种。

在本发明的某些具体实施例中，所述背面电极为金、锗、镍、银、铝、钯、钛、铬、铜、氧化铟锡和铝掺杂氧化锌中的一种或几种的复合电极；所述正面电极为金、锗、镍、银、铝、钯、钛、铬、铜、氧化铟锡和铝掺杂氧化锌中的一种或几种的复合电极。

在本发明的某些具体实施例中，所述减反层为氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化钛、碳化硅、氮化硼和氧化铪中的一种或几种材料复合而成。