专利名称：一种基于石墨烯/硅肖特基结的光伏电池及其制备方法
技术领域：
本发明涉及纳米碳材料器件与应用领域，特别涉及一种基于石墨烯/硅肖特基结
的光伏电池及其制备方法。
背景技术：
在太阳能利用领域，硅是最具商业价值的光伏材料。然而，高能耗、噪音、废料、污 染是其所面临的几大问题。近年来其负面作用日益凸现，相关技术和产业已经开始出现瓶 颈效应。目前，人们正在全力寻找可以替代硅的新材料，开发新技术，以减少硅的使用率，制 造效率更高、更环保的光伏电池。 在寻找新材料和新技术的过程中，纳米材料与纳米技术是目前的研究重点之 一。碳纳米管、石墨烯等纳米材料具有与硅相媲美或更优异的性能。碳纳米管p-n结 (N. M. Gabor， et al. Science 2009， 325， 1367-1371)、碳纳米管/硅异质结(专利号 200610169827. 0 ;Y Jia， et al. Adv. Mater. 2008， 20， 4594-4598)和碳纳米管/GaAs异质 结(C. W. Liang，et al. Nano Lett. 2008， 8， 1809-1812)都显示出一定的光伏效应。然而，对 于碳纳米管而言，现有制备技术存在的局限性成为其走向产业化的一个重要障碍，尚无法 对碳管的手性进行精确控制，无法合成光伏性能可控的碳纳米管宏观结构。碳纳米管作为 太阳能电池中薄膜电极材料亦存在缺点，例如需要纯化等后处理工艺，由管束形成的网络 结构存在较大的空隙，表面粗糙度大，电导率存在理论上限(L. F. C. Pereira， et al. A卯l. Phys. Lett. 2009,95， 123106)，已无进一步提升的空间。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于石墨烯/硅肖特
基结的光伏电池及其制备方法，采用石墨烯与硅构成肖特基结为基础构建光伏电池，充分
利用石墨烯薄膜的二维结构及优异的透光性、导电性和光伏特性，本发明的光伏电池降低
了硅的使用率，且组装工艺简单、成本低，适于规模化应用。 为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的 —种基于石墨烯/硅肖特基结的光伏电池，其特征在于，包括钛钯银TiPdAg背电 极4，钛钯银TiPdAg背电极4上放置有n型单晶硅片n-Si3， n型单晶硅片n-Si 3上放置 有二氧化硅Si02层2，二氧化硅Si02层2中间开有通孔，二氧化硅Si02层2上放置有环形 的金膜1，金膜1的内？L、 Si02层2中间的通孔和n型单晶硅片n-Si 3的上表面形成台阶 孔，钛钯银TiPdAg背电极4 一端引出导线，在台阶孔表面平铺有石墨烯薄膜5，石墨烯薄膜 5—端引出导线。 —种基于石墨烯/硅肖特基结的光伏电池的制备方法，包括以下步骤
—、先将钛钯银TiPdAg背电极4、n型单晶硅片n-Si 3、环形的二氧化硅Si02层2 和环形的金膜1从下往上层叠式放置，金膜1的内孔、二氧化硅Si02层2中间的通孔和n型 单晶硅片n-Si 3的上表面形成台阶孔；
二、采用直接转移、甩膜、喷涂、浸沾、过滤的方法将石墨烯或石墨烯的有机悬浊液 平铺在台阶孔表面上，干燥后的石墨烯薄膜5与基底电极上的n-Si紧密结合；石墨烯薄膜 5 —端引出导线做为光伏电池的正极，钛钯银TiPdAg背电极4 一端引出导线做为光伏电池 的负极。 同现有异质结光伏电池相比，本发明具有以下几个优点 1.石墨烯具有优异的透光性和导电性。单层石墨烯的可见光透射率高达97. 7%， 导电率为106 1(fS/m，综合性能优于现有材料； 2.同碳纳米管的一维结构不同，石墨烯薄膜在二维空间光滑连续，可实现同硅的 紧密接触，覆盖率为100% ; 3.石墨烯薄膜可由单层、双层、多层或混合层数的石墨烯连续或相互搭接而成，即 使个别层片存在缺陷，也不会明显影响薄膜整体导电性； 4.采用石墨烯取代现有技术中的上层单晶硅，相比现有的光伏电池，工艺简化、成 本降低，石墨烯可以由化学气相沉积法、液相剥离法等目前通用的方法制备得到，材料制备 技术成熟，来源广泛。 基于石墨烯/硅肖特基结的光伏电池的原理如下当金属的功函数大于n型半导 体的功函数时，二者可形成肖特基结。石墨烯为金属型，功函数Oe为4. 8 5. OeV，n型硅 的功函数On—Si为4. 25eV，因此石墨烯和n型硅可形成肖特基结。 综合上述基于石墨烯/硅肖特基结的光伏电池的优点及结构性能特点，相比于背 景技术中的硅电池和碳纳米管/硅异质结光伏电池，本发明的基于石墨烯/硅肖特基结的 光伏电池充分利用了石墨烯优异的二维薄膜结构、透光性、导电性和光伏特性。光伏电池组 装工艺简单，成本低，适于规模化应用。
图l是基于石墨烯/硅肖特基结的光伏电池的结构示意图，其中a是俯视图，b是 侧视剖面图。 图2是基于石墨烯/硅肖特基结的光伏电池的能带结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作详细描述。 参照图1， 一种基于石墨烯/硅肖特基结的光伏电池，其特征在于，包括钛钯银 TiPdAg背电极4，钛钯银TiPdAg背电极4上放置有n型单晶硅片n-Si 3， n型单晶硅片n-Si 3上放置有二氧化硅Si02层2，二氧化硅Si02层2中间开有通孔，二氧化硅Si02层2上放 置有环形的金膜l，金膜1的内？L、 Si02层2中间的通孔和n型单晶硅片n-Si 3的上表面 形成台阶孔，钛钯银TiPdAg背电极4 一端引出导线，在台阶孔表面平铺有石墨烯薄膜5，石 墨烯薄膜5—端引出导线。 —种基于石墨烯/硅肖特基结的光伏电池的制备方法，包括以下步骤
—、先将钛钯银TiPdAg背电极4、n型单晶硅片n-Si 3、环形的二氧化硅Si02层2 和环形的金膜1从下往上层叠式放置，金膜1的内孔、二氧化硅Si02层2中间的通孔和n型 单晶硅片n-Si 3的上表面形成台阶孔；
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二、采用直接转移、甩膜、喷涂、浸沾、过滤的方法将石墨烯或石墨烯的有机悬浊液 平铺在台阶孔表面上，干燥后的石墨烯薄膜5与基底电极上的n-Si紧密结合；石墨烯薄膜 5 —端引出导线做为光伏电池的正极，钛钯银TiPdAg背电极4 一端引出导线做为光伏电池 的负极。 参照图2，图2是基于石墨烯/硅肖特基结的光伏电池的能带结构示意图，通过 理论计算可知，同碳纳米管/硅异质结相比，石墨烯/硅肖特基结具有更高的内建电势 V。(0. 55 0. 75V)和能障Ob(0. 75 0. 95eV)。实验表明石墨烯与n型半导体硅构成了稳 定的肖特基结，理想因子为1.5 1.8，整流比为104 106，内阻为9 12Q，反向饱和电 流为0. 01 0. 1 A，皆优于碳纳米管/硅异质结。
权利要求
一种基于石墨烯/硅肖特基结的光伏电池，其特征在于，包括钛钯银TiPdAg背电极(4)，钛钯银TiPdAg背电极(4)上放置有n型单晶硅片n-Si(3)，n型单晶硅片n-Si(3)上放置有二氧化硅SiO2层(2)，二氧化硅SiO2层(2)中间开有通孔，二氧化硅SiO2层(2)上放置有环形的金膜(1)，金膜(1)的内孔、SiO2层(2)中间的通孔和n型单晶硅片n-Si(3)的上表面形成台阶孔，钛钯银TiPdAg背电极(4)一端引出导线，在台阶孔表面平铺有石墨烯薄膜(5)，石墨烯薄膜(5)一端引出导线。
2. —种基于石墨烯/硅肖特基结的光伏电池的制备方法，包括以下步骤一、先将钛钯 银TiPdAg背电极(4)、n型单晶硅片n-Si(3)、环形的二氧化硅Si(^层(2)和环形的金膜 (1)从下往上层叠式放置，金膜(1)的内孔、二氧化硅Si(^层(2)中间的通孔和n型单晶硅 片n-Si(3)的上表面形成台阶孔；二、采用直接转移、甩膜、喷涂、浸沾、过滤的方法将石墨 烯或石墨烯的有机悬浊液平铺在台阶孔表面上，干燥后的石墨烯薄膜(5)与基底电极上的 n-Si紧密结合；石墨烯薄膜(5) —端引出导线做为光伏电池的正极，钛钯银TiPdAg背电极 (4) 一端引出导线做为光伏电池的负极。
全文摘要
一种基于石墨烯/硅肖特基结的光伏电池及其制备方法，将钛钯银TiPdAg背电极、n型单晶硅片n-Si、环形的二氧化硅SiO2层和环形的金膜从下往上层叠式放置，金膜的内孔、二氧化硅SiO2层中间的通孔和n型单晶硅片n-Si的上表面形成台阶孔；采用直接转移、甩膜、喷涂、浸沾、过滤的方法将石墨烯或石墨烯的有机悬浊液平铺在台阶孔表面上，干燥后的石墨烯薄膜与基底电极上的n-Si紧密结合；石墨烯薄膜一端引出导线做为光伏电池的正极，钛钯银TiPdAg背电极4一端引出导线做为光伏电池的负极即可，本发明的光伏电池降低了硅的使用率，且组装工艺简单、成本低，适于规模化应用。
文档编号H01L31/042GK101771092SQ200910219530
公开日2010年7月7日 申请日期2009年12月16日 优先权日2009年12月16日
发明者吴德海, 朱宏伟, 李昕明, 李春艳, 李祯, 李虓, 王昆林, 贾怡, 韦进全 申请人:清华大学