本发明属于材料改性领域，具体涉及一种表面改性氧化石墨烯和制备方法及其用于制备太能能电池的方法。
背景技术：
氧化石墨烯(graphene oxide)是石墨烯的氧化物，具有单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米，其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。石墨粉末经化学氧化及剥离后得到，其上含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料，是一种性能优异的新型碳材料，具有较高的比表面积和表面丰富的官能团。氧化石墨烯复合材料包括聚合物类复合材料以及无机物类复合材料更是具有广泛的应用领域，因此氧化石墨烯的表面改性成为一个研究重点。
随着科技日新月异的发展，光伏发电技术在国内外均得到了广泛的应用，其应用形式多种多样，应用场所分布广泛，主要用于大型地面光伏电站、住宅和商用建筑物的屋顶、建筑光伏建筑一体化、光伏路灯等。太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电转换反应，太阳能电池发电量与光照面积有关，光照面积越大，发电量越多，典型的光伏材料仅对特定频率和颜色的光发生反应，尤其对于红外线，大多数太阳能电池不吸收红外线，无法将其能量进行有效的利用，因此对于太阳能的利用效率较低。
目前将石墨烯和氧化石墨烯应用于太阳能电池领域尚处于探索阶段，有专利文献报道了将石墨烯作为发电材料用到太阳能电池中，吸收太阳光中的红外线，将其作为发电材料的能量来源，但普通石墨烯本身储存能量低，无法蓄积较多的能量，因此太阳能利用效率提升不明显。
技术实现要素：
本发明的目的：针对目前存在的问题，提供一种改性氧化石墨烯，将其用于制备太阳能电池，提高太阳能的利用效率。
本发明的技术方案：选用含羧基的氧化石墨烯作为被改性的材料，过量的双酚A作为改性材料，以无机盐作为催化剂，发生酯化反应，将双酚A引入到氧化石墨烯上，得到双酚A和氧化石墨烯间隔排列的改性氧化石墨烯，其制备方法包括：
(1)选取双酚A、无机盐和DMAC溶剂加入到三口烧瓶中充分搅拌0.5h；
(2)向步骤1的三口烧瓶中加入含羧基的氧化石墨烯，在100-150℃冷凝回流反应6-8h，反应生成水后分层形成水层和有机层，将有机层在220-240℃真空条件下旋蒸分离出双酚A和乙醇，得到改性氧化石墨烯。
作为优选，步骤(1)所述的无机盐为硫酸盐或硝酸盐。
作为优选，步骤(1)和(2)所述的双酚A、含羧基的氧化石墨烯、无机盐催化剂和DMAC溶剂摩尔比为10:5-9:1:20。
一种用改性氧化石墨烯制备的太阳能电池，其制备方法包括：
(1)生长多晶硅薄膜，在真空条件下，衬底硅片的温度为650-900℃时，采用物理沉降法在衬底硅片上制备厚度为100μm的多晶硅薄膜；
(2)退火，退火在通氢的真空电阻炉中进行，将步骤1含有多晶硅薄膜的衬底硅片依次在1500℃、1200℃、900℃、600℃和300℃下各进行保温退火30分钟，最后冷却至常温；
(3)生长改性石墨烯薄膜，采用PECVD设备制备改性石墨烯薄膜，控制温度为300-400℃，气压为3-5MPa，功率为3500W，先在多晶硅薄膜上沉积一层改性石墨烯薄膜，间隔15min后继续沉积第二层改性石墨烯薄膜，两层薄膜沉积的厚度为100-200nm，形成太阳能电池片；
(4)激光开孔，在退火后的太阳能电池片背面用激光开孔，重复率为24％，平均能量为8W，单点能量为32μJ；
(5)PN结、减反膜和电极的制备，采用常规工业化的晶体硅太阳能电池PN结、减反膜和电极的制备方法，得到太阳能电池。
作为优选，步骤(5)所述的减反膜为Al2O3、TiO2或SiO2。
本发明的技术效果：
1.双酚A和氧化石墨烯的羧基在无机盐催化剂作用发生酯化反应，形成双酚A改性的氧化石墨烯。虽然普通石墨烯对红外线具有响应能力，但其储存较少的能量则达到了饱和，无法起到储存大能量的作用。而本发明制备的改性氧化石墨烯具有石墨烯的结构，同时又含有大极性的双酚A，其中的石墨烯结构可以对外界的红外线持续地响应，同时大极性的双酚A结构可以将响应得到的能量储存其中，形成一种“蓄能池”，为太阳能电池远远不断地输送能量，大幅度地提高了光能的利用效率。
2.本发明的太阳能电池含有双层改性石墨烯薄膜，形成两层“蓄能池”，避免单层改性石墨烯薄膜过厚，蓄积的能量较大而击穿了“蓄能池”，本发明通过设计两层薄膜从而解决了这样的问题。
具体实施方式
实施例1
制备改性氧化石墨烯：
(1)选取5mol双酚A、0.5mol硫酸钠和5mol DMAC溶剂加入到三口烧瓶中充分搅拌0.5h；
(2)向步骤1的三口烧瓶中加入2.5mol含羧基的氧化石墨烯，在120-130℃冷凝回流反应7h，反应生成水后分层形成水层和有机层，将有机层在230℃真空条件下旋蒸分离出双酚A，得到改性氧化石墨烯。
制备太阳能电池：
(1)生长多晶硅薄膜，在真空条件下，衬底硅片的温度为800℃时，采用物理沉降法在衬底硅片上制备厚度为100μm的多晶硅薄膜；
(2)退火，退火在通氢的真空电阻炉中进行，将步骤(1)含有多晶硅薄膜的衬底硅片依次在1500℃、1200℃、900℃、600℃和300℃下各进行保温退火30分钟，最后冷却至常温；
(3)生长改性石墨烯薄膜，采用PECVD设备制备改性石墨烯薄膜，控制温度为350-360℃，气压为4MPa，功率为3500W，先在多晶硅薄膜上沉积一层改性石墨烯薄膜，间隔15min后继续沉积第二层改性石墨烯薄膜，两层薄膜沉积的厚度为150nm，形成太阳能电池片；
(4)激光开孔，在退火后的太阳能电池片背面用激光开孔，重复率为24％，平均能量为8W，单点能量为32μJ；
(5)PN结、减反膜和电极的制备，采用常规工业化的晶体硅太阳能电池PN结、减反膜和电极的制备方法，得到太阳能电池。
实施例2
制备改性氧化石墨烯：
(1)选取5mol双酚A、0.5mol硫酸钠和7.5mol DMAC溶剂加入到三口烧瓶中充分搅拌0.5h；
(2)向步骤1的三口烧瓶中加入3.75mol含羧基的氧化石墨烯，在120-130℃冷凝回流反应6h，反应生成水后分层形成水层和有机层，将有机层在230℃真空条件下旋蒸分离出双酚A，得到改性氧化石墨烯。
制备太阳能电池：
(1)生长多晶硅薄膜，在真空条件下，衬底硅片的温度为800℃时，采用物理沉降法在衬底硅片上制备厚度为100μm的多晶硅薄膜；
(2)退火，退火在通氢的真空电阻炉中进行，将步骤(1)含有多晶硅薄膜的衬底硅片依次在1500℃、1200℃、900℃、600℃和300℃下各进行保温退火30分钟，最后冷却至常温；
(3)生长改性石墨烯薄膜，采用PECVD设备制备改性石墨烯薄膜，控制温度为350-360℃，气压为4MPa，功率为3500W，先在多晶硅薄膜上沉积一层改性石墨烯薄膜，间隔15min后继续沉积第二层改性石墨烯薄膜，两层薄膜沉积的厚度为150nm，形成太阳能电池片；
(4)激光开孔，在退火后的太阳能电池片背面用激光开孔，重复率为24％，平均能量为8W，单点能量为32μJ；
(5)PN结、减反膜和电极的制备，采用常规工业化的晶体硅太阳能电池PN结、减反膜和电极的制备方法，得到太阳能电池。
实施例3
制备改性氧化石墨烯：
(1)选取5mol双酚A、0.5mol硫酸钠和10mol DMAC溶剂加入到三口烧瓶中充分搅拌0.5h；
(2)向步骤1的三口烧瓶中加入4.5mol含羧基的氧化石墨烯，在120-130℃冷凝回流反应6h，反应生成水后分层形成水层和有机层，将有机层在230℃真空条件下旋蒸分离出双酚A，得到改性氧化石墨烯。
制备太阳能电池：
(1)生长多晶硅薄膜，在真空条件下，衬底硅片的温度为800℃时，采用物理沉降法在衬底硅片上制备厚度为100μm的多晶硅薄膜；
(2)退火，退火在通氢的真空电阻炉中进行，将步骤(1)含有多晶硅薄膜的衬底硅片依次在1500℃、1200℃、900℃、600℃和300℃下各进行保温退火30分钟，最后冷却至常温；
(3)生长改性石墨烯薄膜，采用PECVD设备制备改性石墨烯薄膜，控制温度为350-360℃，气压为4MPa，功率为3500W，先在多晶硅薄膜上沉积一层改性石墨烯薄膜，间隔15min后继续沉积第二层改性石墨烯薄膜，两层薄膜沉积的厚度为150nm，形成太阳能电池片；
(4)激光开孔，在退火后的太阳能电池片背面用激光开孔，重复率为24％，平均能量为8W，单点能量为32μJ；
(5)PN结、减反膜和电极的制备，采用常规工业化的晶体硅太阳能电池PN结、减反膜和电极的制备方法，得到太阳能电池。
对比实施例1
不制备改性氧化石墨烯，将实施例1步骤(2)中使用的含羧基的氧化石墨烯直接用于制备太阳能电池，其余操作同实施例1，得到太阳能电池。
对比实施例2
不添加实施例1使用的双酚A，制备改性氧化石墨烯工艺步骤(1)的操作为:选取0.5mol硫酸钠和5mol DMAC溶剂加入到三口烧瓶中充分搅拌0.5h。其余操作同实施例1，得到太阳能电池。
对比实施例3
将实施例1制备太阳能电池步骤(3)中只沉积一层改性氧化石墨烯薄膜，厚度与实施例1两层薄膜厚度之和相同，其余操作同实施例1，得到太阳能电池。
将实施例1-3和对比实施例1-3制备的太阳能电池投入到实际使用中，检测关键参数，如表1所示，数据表明：①实施例1-3和对比实施例1数据表明，改性后的氧化石墨烯较未改性的含羧基氧化石墨烯提高了0.50％-0.86％；②实施例1-3和对比实施例1数据表明，双酚A在氧化石墨烯改性过程中起到关键性作用；③实施例1-3和对比实施例3数据表明，双层改性氧化石墨烯薄膜太阳能电池较单层改性氧化石墨烯薄膜太阳能电池提高了0.28％-0.64％。
表1实施例1-3和对比实施例1-2制备的太阳能电池使用参数表