具有环形绝缘层结构的石墨烯硅基太阳能电池的制作方法

本实用新型涉及一种石墨烯硅基太阳能电池，尤其是涉及一种具有环形绝缘层结构的石墨烯硅基太阳能电池。

背景技术：

太阳能电池按照结构来分可以分为由同质材料构成一个或多个PN结的同质结太阳能电池；由异质材料构成一个或多个PN结的异质结太阳能电池；由金属和半导体接触构成的肖特基结太阳能电池；由电解质中半导体电极构成的光电化学太阳能电池。近年来发展最为成熟的硅基半导体PN结太阳能电池面临高能耗、高成本、高污染等几大问题。

石墨烯是零带系半导体，其能带结构在K空间成对顶的双锥形，费米面在迪拉克点之上，石墨烯为n型，费米面在狄拉克点以下为p型。石墨烯薄膜与n型单晶硅结合可构成石墨烯硅基肖特基结，并进一步组装成太阳能电池。

与传统p-n或p-i-n结构的硅基太阳能电池相比，石墨烯硅基异质结电池结构简单，避免了复杂的高温扩散工艺，制备过程环保，有效的降低了太阳能电池的成本。但目前该结构电池光电转换效率不高，其中一个主要问题在于石墨烯与硅基形成异质结构的界面态缺陷较多，从而导致光生载流子收集过程中在界面处形成的漏电流比较大，降低了器件的短路电流，使得光电转换效率比较低。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种具有环形绝缘层结构的石墨烯硅基太阳能电池，解决现有石墨烯硅基异质结结构中漏电流比较大的问题。

本实用新型技术方案如下：一种具有环形绝缘层结构的石墨烯硅基太阳能电池，包括背电极，背电极上设置单晶硅片，单晶硅片上设置二氧化硅层，所述二氧化硅层是具有通孔的环状结构，二氧化硅层陷入单晶硅片的厚度为0.2～2μm，所述二氧化硅层的表面和由二氧化硅层通孔暴露的单晶硅片表面设置石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜表面设置前电极。

优选的，所述二氧化硅层陷入单晶硅片的厚度为0.8～1.2μm。

优选的，所述石墨烯薄膜为单层或多层石墨烯，厚度为1～100nm。

优选的，所述背电极材质为Cu、Ag、Al、ZnO和ITO中的一种。

本实用新型所提供的技术方案的优点在于：通过设置陷入单晶硅片的环形结构降低异质结界面处的强电场引起的漏电流，产生更好的钝化效果，提高器件的短路电流和填充因子，进而提高电池的光电转换效率，电池转换效率可提高8％左右。制备本实用新型的石墨烯硅基太阳能电池，采用工艺步骤均是成熟工艺，制备成本低廉。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为实施例1、实施例2以及传统结构器件的IV测试曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为对本实用新型的限定。

请结合图1所示，实施例1的具有环形绝缘层结构的石墨烯硅基太阳能电池由以下方式制得：在p型单晶硅片4前表面利用双重氧化法制备二氧化硅层3，首先在0.2Mpa氧气氛围下，管内温度600℃进行一次氧化；其次利用氩气混合CrO₃在气压1Mpa，管内温度900℃进行二次局部氧化制备环状结构的二氧化硅层3，二氧化硅层3在单晶硅片4的陷入深度为0.8μm；p型单晶硅片4后表面制备金属Al背电极5；采用喷涂工艺将石墨烯溶液平铺在二氧化硅层3和由二氧化硅层3通孔暴露的p型单晶硅片4前表面，经过干燥后石墨烯薄膜2厚度为20nm与p型单晶硅片4表面紧密贴合；石墨烯薄膜2表面制备前电极1引出导线作为电池的正极，背电极5引出导线作为电池的负极。

实施例2的具有环形绝缘层结构的石墨烯硅基太阳能电池由以下方式制得：在n型单晶硅片前表面利用双重氧化法制备二氧化硅层，首先在0.2Mpa氧气氛围下，管内温度650℃进行一次氧化；其次利用氩气混合CrO₃在气压1.2Mpa，管内温度1000℃进行二次局部氧化制备环状结构的二氧化硅层，二氧化硅层在单晶硅片的陷入深度为1.2μm；n型单晶硅片后表面制备金属Al背电极；采用喷涂工艺将石墨烯溶液平铺在二氧化硅层和由二氧化硅层通孔暴露的n型单晶硅片前表面，经过干燥后石墨烯薄膜厚度为10nm与n型单晶硅表面紧密贴合；石墨烯薄膜表面制备前电极1引出导线作为电池的正极，背电极引出导线作为电池的负极。

实施例1、实施例2以及传统结构器件的IV测试曲线如图2所示，可以看出采用本实用新型技术方案，具有环形绝缘层结构的石墨烯硅基太阳能电池的效率与传统结构相比有显著提高。