一种石墨烯硅基太阳能电池及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种石墨烯硅基太阳能电池及其制造方法，其太阳能电池自下而上依次有背面金属电极、p型硅基体、n型硅薄层、n型掺杂的石墨烯层、氮化硅薄膜、PMMA层和金属正面电极，金属正面电极穿透PMMA层、氮化硅薄膜、n型掺杂的石墨烯层与n型硅薄层接触，所述n型硅薄层上具有通孔，所述n型硅薄层的表面和所述通孔暴露的表面设置所述n型掺杂的石墨烯层。通过本发明专利技术的制造的石墨烯硅基太阳电池具有光电转化效率高和工艺简单的优点，适合推广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太阳能电池领域，具体涉及一种石墨烯硅基太阳能电池及其制作方法。
技术介绍
随着现代工业的发展，全球能源危机和大气污染问题日益突出，太阳能作为理想的可再生能源受到了越来越多国家的重视，开展太阳能电池研究、发展光伏发电产业对国家能源的可持续发展具有非常重要的意义。太阳能电池是利用半导体材料的光生伏特效应将光能转换为电能的一种器件。近年来发展最为成熟的硅基半导体PN结太阳能电池却面临高能耗、高成本、高污染等几大问题，相关技术和产业已经出现瓶颈。目前人们全力寻找新材料，设计新结构，开发新工艺，旨在制备出更高效、更环保、低成本的新型光伏器件。自从石墨烯材料在2004年首次被稳定制备出来以后，越来越多的研究发现石墨烯材料具有优异的电学、光学性质，如极高的载流子迁移率、高透光新、高的杨氏模量等。这些独特的性质使石墨烯有可能广泛的应用于光伏发电领域。目前，已有研究者利用石墨烯以及硅材料形成的异质结做成太阳电池，测得最高转化效率8.6%。这个效率与目前晶体硅太阳电池单晶硅主流成产效率18.5%～19.0%相比还比较低。除晶体硅外，石墨烯在其他类型太阳电池上的应用也有研究，如有机太阳电池、化合物太阳电池等，但得到的效率都不高。因此，进一步提高石墨烯硅基太阳能电池的性能成为目前国际的研究热点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种光电转化效率高，工艺简单的石墨烯硅基太阳电池及其制造方法。为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案其石墨烯硅基太阳能电池自下而上依次有背面金属电极、p型硅基体、n型硅薄层、n型掺杂的石墨烯层、氮化硅薄膜、PMMA层和金属正面电极，金属正面电极穿透PMMA层、氮化硅薄膜、n型掺杂的石墨烯层与n型硅薄层接触，所述n型硅薄层上具有通孔，所述n型硅薄层的表面和所述通孔暴露的表面设置所述n型掺杂的石墨烯层。进一步的，所述金属正面电极为Ag电极。进一步的，所述n型掺杂的石墨烯层的厚度在6～12um之间。进一步的，所述PMMA层的厚度在9～11um之间。进一步的，所述氮化硅薄膜的厚度在9～11um之间。一种石墨烯硅基太阳能电池的制造方法，包括以下步骤：S1、将p型硅基体浸入化学制绒液中，使p型硅基体表面形成绒面结构；S2、在表面形成绒面结构的p型硅基体上，通过将磷原子高温扩散或者磷离子注入法完成正面磷掺杂，形成n型硅薄层；S3、将S2获得的基体，放入化学气相沉积反应室，通入甲烷和氢气，生长出n型掺杂的石墨烯层；S4、在S3获得的n型掺杂的石墨烯层上，通过PECVD法镀上氮化硅薄层；S5、在氮化硅薄层表面均匀的旋涂一层PMMA层；S6、在p型硅基体上制作背面金属电极；S7、在PMMA层上制作正面电极。进一步的，所述的化学制绒液为碱的水溶液或者HF与HNO3按任意比例的混合水溶液。进一步的，所述n型掺杂的石墨烯层由硼掺杂石墨烯、氮掺杂石墨烯与碳纳米管按重量比为4：4：2的复合材料而制成。进一步，所述复合材料的制备方法为：（1）将硼掺杂石墨烯粉末、氮掺杂石墨烯粉末、碳纳米管加至NMP溶液中，用超声振荡使其分散均匀，再加入碳纳米管，超声振荡分散均匀；（2）将得到的混合溶液干燥、烘干、研磨，即得所述复合材料。本专利技术的有益效果为：（1）由于本专利技术通过PMMA层直接转移石墨烯的办法，可以对石墨烯产生P型掺杂，从而增加了石墨烯的功函数，增大的石墨烯硅太阳能电池的开路电压，同时PMMA层也具有增透膜的效果，使硅片表面的反射率降到了15%以下，大大的提高了石墨烯硅太阳能电池的量子效率；（2）n型掺杂的石墨烯层上覆盖氮化硅薄膜层可以实现减反射和钝化效果，并保护n型掺杂的石墨烯层不受污染与物理破坏；（3）n型掺杂的石墨烯层中碳纳米管添加，可使其制备出的n型掺杂的石墨烯层光伏性能可控，即通过碳纳米管可调节石墨烯硅基肖特基结的势垒大小，降低硅表面的电荷复合效应，提高载流子分离和传输的效率，从而提高电池的光电转换效率，同时解决现有石墨烯硅基太阳能电池光电转换效率随器件尺寸增大而降低的问题；（4）该石墨烯硅基太阳能电池结构及制备工艺简单，适于批量生产。附图说明图1为本专利技术实例性实施例的一种石墨烯硅基太阳能电池的结构示意图。图中：1-背面金属电极，2-p型硅基体，3-n型硅薄层，4-n型掺杂的石墨烯层5-氮化硅薄膜，6-PMMA层，7-金属正面电极。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面用具体实例来详细说明本专利技术的技术方案，但是本专利技术并不局限于此。实施例1如图1所示，一种石墨烯硅基太阳能电池自下而上依次有背面金属电极1、p型硅基体2、n型硅薄层3、n型掺杂的石墨烯层4、氮化硅薄膜5、PMMA层6和金属正面电极7，金属正面电极7穿透PMMA层6、氮化硅薄膜5、n型掺杂的石墨烯层4与n型硅薄层3接触，n型硅薄层3上具有通孔，n型硅薄层3的表面和通孔暴露的表面设置n型掺杂的石墨烯层4，其中，金属正面电极7为Ag电极。一种石墨烯硅基太阳能电池的制造方法，包括以下步骤：S1、将p型硅基体浸入化学制绒液中，使p型硅基体2表面形成绒面结构，化学制绒液为碱的水溶液或者HF与HNO3按任意比例的混合水溶液；S2、在表面形成绒面结构的p型硅基体2上，通过将磷原子高温扩散或者磷离子注入法完成正面磷掺杂，形成n型硅薄层3；S3、将S2获得的基体，放入化学气相沉积反应室，通入甲烷和氢气，生长出n型掺杂的石墨烯层4，n型掺杂的石墨烯层4的厚度在6～12um之间；S4、在S3获得的n型掺杂的石墨烯层4上，通过PECVD法镀上氮化硅薄层5，氮化硅薄膜5的厚度在9～11um之间；S5、在氮化硅薄层5表面均匀的旋涂一层PMMA层6，PMMA层6的厚度在9～11um之间；S6、在p型硅基体2上制作背面金属电极1；S7、在PMMA层6上制作正面电极7。其中，n型掺杂的石墨烯层4由硼掺杂石墨烯、氮掺杂石墨烯与碳纳米管按重量比为4：4：2的复合材料而制成。复合材料的制备方法为：（1）将硼掺杂石墨烯粉末、氮掺杂石墨烯粉末、碳纳米管加至NMP溶液中，用超声振荡使其分散均匀，再加入碳纳米管，超声振荡分散均匀；（2）将得到的混合溶液干燥、烘干、研磨，即得所述复合材料。通过AM1.5标准光源对实施例1的石墨烯硅基太阳能电池的电流电压曲线进行了测试，测得的能量转化效率为3.2%。显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利技术的保护范围之中。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯硅基太阳能电池，其特征在于，自下而上依次有背面金属电极、p型硅基体、n型硅薄层、n型掺杂的石墨烯层、氮化硅薄膜、PMMA层和金属正面电极，金属正面电极穿透PMMA层、氮化硅薄膜、n型掺杂的石墨烯层与n型硅薄层接触，所述n型硅薄层上具有通孔，所述n型硅薄层的表面和所述通孔暴露的表面设置所述n型掺杂的石墨烯层。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯硅基太阳能电池，其特征在于，自下而上依次有背面金属电极、p型硅基体、n型硅薄层、n型掺杂的石墨烯层、氮化硅薄膜、PMMA层和金属正面电极，金属正面电极穿透PMMA层、氮化硅薄膜、n型掺杂的石墨烯层与n型硅薄层接触，所述n型硅薄层上具有通孔，所述n型硅薄层的表面和所述通孔暴露的表面设置所述n型掺杂的石墨烯层。2.根据权利要求1所述的一种石墨烯硅基太阳能电池，其特征在于，所述金属正面电极为Ag电极。3.根据权利要求1所述的一种石墨烯硅基太阳能电池，其特征在于，所述n型掺杂的石墨烯层的厚度在6～12um之间。4.根据权利要求1所述的一种石墨烯硅基太阳能电池，其特征在于，所述PMMA层的厚度在9～11um之间。5.根据权利要求1所述的一种石墨烯硅基太阳能电池，其特征在于，所述氮化硅薄膜的厚度在9～11um之间。6.根据权利要求1至5所述的任一一种石墨烯硅基太阳能电池的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将p型硅基体浸入化学制绒液中，使p型硅基体表面形成绒面结构；S2、在表面形成绒面结构的p型硅基体上，通过将磷...

【专利技术属性】
技术研发人员：戚明海，
申请(专利权)人：戚明海，
类型：发明
国别省市：江苏;32