一种肖特基太阳能电池及其制备方法与流程

文档序号:11102366阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种肖特基太阳能电池,其短路电流为350-480mA/cm2,开路电压为0.44-0.78 V,转换效率为10.2%-16.1%,包括背电极、正电极栅线、半导体层,其特征在于,还包括无定形碳薄膜Ⅰ和在铜薄膜和与铜薄膜接触的碳薄膜间催化生成的石墨烯层,无定形碳薄膜Ⅰ位于半导体层和石墨烯层间;半导体层正面为无定形碳薄膜Ⅰ,背面为背电极;石墨烯层正面的窗口四周有正电极栅线,所述的石墨烯层为阳极。

2.根据权利要求1所述的一种肖特基太阳能电池,其特征在于,所述的背电极为利用电子束蒸发技术或磁控溅射方法在半导体层背面镀上包括 Al、Ag中的任意一种或二种的金属,其厚度为300-3000nm;所述的正电极栅线为在石墨烯层正面的0.1~0.5cm2窗口四周使用光刻技术制作的导电银胶或者含有Ti/Au、Ni/Au、Ti/Al、Ni/Al中其中任意一种的金属薄膜,其厚度为300-3000nm。

3.根据权利要求1所述的一种肖特基太阳能电池,其特征在于,所述的半导体层包括衬底和半导体,所述的半导体为晶体硅、砷化镓、锗、氮化镓中的任意一种,半导体层的厚度为10-300µm,所述的无定形碳薄膜Ⅰ的厚度为1.4-59.7nm,石墨烯层的厚度为0.3-0.6nm。

4.根据权利要求1所述的一种肖特基太阳能电池,其特征在于,所述的无定形碳薄膜Ⅰ的制备方法:通过利用磁控溅射系统,所用靶材为高纯度的石墨和铜,溅射气体为氩气,气体流量为50-70 sccm,气压为5.0Pa,溅射电压为250V-400V,溅射电流为0.02A,在半导体层上溅射厚度为2-60nm的具有绝缘性、高透光率的碳薄膜,随后在碳薄膜上通过原位溅射制备厚度为100-600nm的铜薄膜,气体流量为10-30 sccm,气压为1.0Pa,溅射电压为250V-400V,溅射电流为0.02A;然后通过CVD技术进行退火热处理,气压为100Pa,通入氩气与氢气,流量分别为500-1500sccm、2-6sccm,退火温度为800-1050℃,退火时间为10-30分钟,升温速率为15℃/分钟,在铜薄膜和与铜薄膜接触的碳薄膜间催化生成单层或多层石墨烯即为石墨烯层,石墨烯层和半导体层之间排列着的为无定形碳薄膜Ⅰ,其厚度为1.4-59.7nm,最后用铜腐蚀液腐蚀0.5-3小时将铜薄膜腐蚀掉即可。

5.根据权利要求1所述的一种肖特基太阳能电池,其特征在于,所述的石墨烯层的生成方法是通过利用磁控溅射系统,所用靶材为高纯度的石墨和铜,溅射气体为氩气,气体流量为50-70 sccm,气压为5.0Pa,溅射电压为250V-400V,溅射电流为0.02A,在半导体层上溅射厚度为2-60nm的具有绝缘性、高透光率的碳薄膜,随后在碳薄膜上通过原位溅射制备厚度为100-600nm的铜薄膜,气体流量为10-30 sccm,气压为1.0Pa,溅射电压为250V-400V,溅射电流为0.02A;然后通过CVD技术进行退火热处理,气压为100Pa,通入氩气与氢气,流量分别为500-1500sccm、2-6sccm,退火温度为800-1050℃,退火时间为10-30分钟,升温速率为15℃/分钟,在铜薄膜和与铜薄膜接触的碳薄膜间催化生成单层或多层石墨烯即为石墨烯层,其厚度为0.3-0.6nm。

6.一种肖特基太阳能电池的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

a: 准备一半导体层即在衬底上覆盖半导体,然后用丙酮和酒精混合溶液在超声波中超声20-35分钟,再用去离子水反复冲洗若干次将丙酮和酒精冲洗掉,氮气吹干后备用;

b:对上述吹干后的半导体层正面采用磁控溅射系统,靶材为高纯度的石墨和铜,溅射气体为氩气,在半导体层上溅射具有绝缘性、高透光率的碳薄膜,随后在碳薄膜上通过原位溅射制备铜薄膜;然后通过CVD技术进行退火热处理,在铜薄膜和与铜薄膜接触的碳薄膜间催化生成单层或多层石墨烯即为石墨烯层,石墨烯层和半导体层之间排列着的为无定形碳薄膜Ⅰ,通过用铜腐蚀液腐蚀0.5-3小时将铜薄膜腐蚀掉,再用去离子水反复冲洗2-5次,备用;

c:最后在石墨烯层正面的0.1~0.5cm2窗口四周使用光刻技术制作正电极栅线,再在半导体层背面利用电子束蒸发技术或磁控溅射方法镀上背电极,即具有短路电流为350-480mA/cm2,开路电压为0.44-0.78 V,转换效率为10.2%-16.1%的肖特基太阳能电池完成制备。

7.根据权利要求6所述的一种肖特基太阳能电池的制备方法,其特征在于,所述的半导体层的厚度为10-300µm,碳薄膜的厚度为2-60nm,铜薄膜的厚度为100-600nm,石墨烯层的厚度为0.3-0.6nm,所述的无定形碳薄膜Ⅰ的厚度为1.4-59.7nm。

8.根据权利要求6所述的一种肖特基太阳能电池的制备方法,其特征在于,所述的在半导体层上溅射具有绝缘性、高透光率的碳薄膜的磁控溅射条件为溅射气体为氩气,气体流量为50-70 sccm,气压为5.0Pa,溅射电压为250V-400V,溅射电流为0.02A;在碳薄膜上原位溅射铜薄膜时所用的气体流量为10-30 sccm,气压为1.0Pa,溅射电压为250V-400V,溅射电流为0.02A;CVD技术进行退火热处理时所用气压为100Pa,通入氩气与氢气流量分别为500-1500sccm、2-6sccm,退火温度为800-1050℃,退火时间为10-30分钟,升温速率为15℃/分钟;所述的铜腐蚀液为10-30%的盐酸溶液和0.01-0.03wt%双氧水溶液的混合液或Fecl3溶液。

9.根据权利要求6所述的一种肖特基太阳能电池的制备方法,其特征在于,所述的正电极栅线是导电银胶或者含有Ti/Au、Ni/Au、Ti/Al、Ni/Al中其中任意一种的金属薄膜,其厚度为300-3000nm;所述的背电极为 Al、Ag中的任意一种或二种的金属,背电极的厚度为300-3000nm。

10.根据权利要求6所述的一种肖特基太阳能电池的制备方法,其特征在于,所述的半导体为晶体硅、砷化镓、锗、氮化镓中的任意一种。

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