一种石墨烯/碲化镉太阳电池及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种太阳能电池及其制备方法，尤其涉及一种石墨烯/碲化镉太阳电池及其制备方法，属于太阳能电池技术领域。
【背景技术】
[0002]太阳电池作为一种新型绿色能源，是人类的可持续发展最重要的可再生能源。目前，晶体硅太阳电池占据市场?90%的份额。但与常规发电相比，太阳电池发电成本仍然较高，限制了其广泛应用。太阳电池发电成本较高的原因之一是电池制造成本较高及光电转化效率较低。
[0003]自石墨稀材料发现以来，其异质结结构太阳电池在光伏发电领域的应用研宄为石墨烯在能源领域的应用打开了大门。目前，已有研宄者利用石墨烯以及砷化镓材料形成的异质结做成太阳能电池，最高转化效率达到15.5%。对于太阳能电池应用来说，碲化镉由于较低的成本引起广泛关注，并在目前的薄膜型光伏电池市场中占据最高的份额。碲化镉具有较合适的禁带宽度，也是直接带隙材料，预期可以在低成本的基础上获得较高的转化效率，同时碲化镉薄膜衬底材料也适合应用于柔性电池设计中，再结合电极结构设计可以得到双面电池，获得应用范围广泛的太阳电池。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种制备工艺简单且转化效率高的石墨烯/碲化镉太阳电池及其制备方法。
[0005]本发明的石墨烯/碲化镉太阳电池，自下而上依次有衬底、导电镀膜层、碲化镉层和石墨烯层，所述太阳电池还设有第一电极和第二电极，第一电极设置在导电镀膜层上，第二电极设置在石墨烯层上；或者自下而上依次有衬底、石墨烯层和碲化镉层，还设有第一电极和第二电极，第一电极设置在碲化镉层上，第二电极设置在石墨烯层上。
[0006]上述技术方案中，所述的导电镀膜层可以为金属、ITO、FTO、n型掺杂氧化锌或P型掺杂氧化锌。
[0007]所述的石墨烯层中的石墨烯通常为1-10层。
[0008]所述的衬底可以为刚性衬底或柔性衬底。
[0009]所述的第一电极可以为金、钯、银、钛、铬和镍中的一种或几种的复合电极，所述的第二电极可以为金、钯、银、钛、铬和镍中的一种或几种的复合电极。
[0010]制备上述的石墨烯/碲化镉太阳电池的方法，包括如下步骤:
在洁净的衬底上生长导电镀膜层；再在导电镀膜层上沉积碲化镉层，并在导电镀膜层表面预留生长第一电极的面积，再将石墨烯转移至碲化镉层上，在碲化镉层上获得石墨烯层；在导电镀膜层预留面积处沉积第一电极，在石墨烯层上沉积第二电极；
或者将石墨烯转移到洁净的衬底上，在衬底上转移石墨烯层；在石墨烯层上沉积碲化镉层，并在石墨烯层表面预留生长第二电极的面积；在碲化镉层上沉积第一电极，在石墨烯层上预留面积处沉积第二电极。
[0011]本发明与现有技术相比具有的有益效果是:与传统晶体硅太阳能电池制造工艺相比，本发明的太阳电池在具有较高转化效率的同时，还具有制备工艺简单，成本较低的优点，此外还有利于柔性太阳电池和双面太阳电池的发展。
[0012]【附图说明】:
图1为石墨烯/碲化镉太阳电池的一种结构示意图；
图2为石墨烯/碲化镉太阳电池的另一种结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
[0014]参照图1，本发明的石墨烯/碲化镉太阳电池自下而上依次有衬底1、导电镀膜层
2、碲化镉层3及石墨烯层4，所述的太阳电池还设有第一电极5和第二电极6，第一电极5设置在导电镀膜层2上，第二电极6设置在石墨烯层4上。或者本发明的石墨烯/碲化镉太阳电池自下而上依次有衬底1、石墨烯层4及碲化镉层3，所述的太阳电池还设有第一电极5和第二电极6，第一电极5设置在碲化镉层3上，第二电极6设置在石墨烯层4上，如图2所示。
[0015]实施例1:
1)将聚酰亚胺柔性衬底在去离子水中清洗干净并吹干；
2)在聚酰亚胺柔性衬底上利用磁控溅射沉积50纳米厚的掺铟氧化锡(ITO);
3)在掺铟氧化锡层上利用物理气相沉积技术沉积8微米厚的碲化镉层，并在ITO层上预留生长第一电极的面积；
4)将10层石墨烯转移至碲化镉层上；
5)在石墨烯层上以及ITO层预留面积处涂覆银浆并烘干；得到柔性石墨烯/碲化镉太阳能电池。
[0016]实施例2:
1)将玻璃衬底在去离子水中清洗干净并吹干；
2)在玻璃衬底上利用磁控溅射沉积100纳米厚的掺氟氧化锡(FTO)；
3)在掺氟氧化锡层上利用物理气相沉积技术沉积6微米厚的碲化镉层，并在FTO层上预留生长第一电极的面积；
4)将单层石墨烯转移至碲化镉层上；
5)在石墨烯层上以及掺氟氧化锡层上预留面积处热蒸发栅线金电极；得到双面发电的石墨烯/碲化镉太阳电池。
[0017]实施例3:
1)将陶瓷衬底在去离子水中清洗干净并吹干；
2)在陶瓷衬底上利用热蒸发沉积80纳米厚的镍金属；
3)在镍金属层上利用化学水浴法沉积7微米厚的碲化镉层，并在镍金属层上预留生长第一电极的面积；
4)将5层石墨烯转移至碲化镉层上；
5)在石墨烯层上以及镍金属层上预留面积处丝网印刷银电极；得到石墨烯/碲化镉太阳电池。
[0018]实施例4:
1)将陶瓷衬底在去离子水中清洗干净并烘干；
2)将8层石墨烯转移到陶瓷衬底上；
3)在石墨烯层上利用化学水浴法沉积5微米厚的碲化镉层，并在石墨烯层上预留生长第二电极的面积；
5)在石墨烯上预留面积处以及碲化镉层上蒸镀铜电极；得到石墨烯/碲化镉太阳电池。
[0019]实施例5:
1)将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)衬底在去离子水中清洗干净并吹干；
2)将3层石墨烯转移到上述PET衬底上；
3)在石墨烯层上利用蒸汽压沉积技术沉积8微米厚的碲化镉层，并在石墨烯层上预留生长第二电极的面积；
4)在石墨烯层预留面积处热蒸发钯、银、钛的复合电极，并在碲化镉层上热蒸发铜电极；得到柔性双面发电的石墨烯/碲化镉太阳电池。
[0020]实施例6:
1)将碳化硅衬底在去离子水中清洗干净并吹干；
2)在碳化硅衬底上利用金属有机化学气相沉积150纳米厚的掺铝氧化锌；
3)在掺铝氧化锌层上利用蒸汽压沉积技术沉积3微米厚的碲化镉层，并在掺铝氧化锌层上预留生长第一电极的面积；
4)将6层石墨烯转移至碲化镉层上；
5)在石墨烯层上以及掺铝氧化锌层预留面积处热蒸发铬、镍的复合电极；得到石墨烯/碲化镉太阳电池。
【主权项】
1.一种石墨烯/碲化镉太阳电池，其特征在于自下而上依次有衬底(I )、导电镀膜层(2)、碲化镉层(3)和石墨烯层(4)，所述太阳电池还设有第一电极(5)和第二电极(6)，第一电极(5 )设置在导电镀膜层(2 )上，第二电极(6 )设置在石墨烯层(4 )上；或者自下而上依次有衬底(I)、石墨烯层(4)和碲化镉层(3)，还设有第一电极(5)和第二电极(6)，第一电极(5 )设置在碲化镉层(3 )上，第二电极(6 )设置在石墨烯层(4 )上。
2.根据权利要求1所述的石墨烯/碲化镉太阳电池，其特征在于所述的导电镀膜层(2)为金属、ITO、FTO、n型掺杂氧化锌或P型掺杂氧化锌。
3.根据权利要求1所述的石墨烯/碲化镉太阳电池，其特征在于所述的石墨烯层(4)中的石墨烯为1-10层。
4.根据权利要求1所述的石墨烯/碲化镉太阳电池，其特征在于所述的衬底(I)为刚性衬底或柔性衬底。
5.根据权利要求1所述的石墨烯/碲化镉太阳电池，其特征在于所述的第一电极(5)为金、钯、银、钛、铬和镍中的一种或几种的复合电极，所述的第二电极(6)为金、钯、银、钛、铬和镍中的一种或几种的复合电极。
6.制备如权利要求1~5任一项所述的石墨烯/碲化镉太阳电池的方法，其特征在于包括如下步骤: 在洁净的衬底(I)上生长导电镀膜层(2);再在导电镀膜层(2)上沉积碲化镉层(3)，并在导电镀膜层(2)表面预留生长第一电极(5)的面积，再将石墨烯转移至碲化镉层(3)上，在碲化镉层上获得石墨烯层(4);在导电镀膜层(2)预留面积处沉积第一电极(5)，在石墨烯层(4)上沉积第二电极(6); 或者将石墨烯转移到洁净的衬底(I)上，在衬底上转移石墨烯层(4);在石墨烯层(4)上沉积碲化镉层(3)，并在石墨烯层(4)表面预留生长第二电极(6)的面积；在碲化镉层(3)上沉积第一电极(5)，在石墨烯层(4)上预留面积处沉积第二电极(6)。
【专利摘要】本发明涉及一种石墨烯/碲化镉太阳电池及其制备方法，该石墨烯/碲化镉太阳电池由衬底材料、石墨烯、碲化镉以及电极构成。光生载流子主要在碲化镉层中产生，石墨烯层与碲化镉层构成的肖特基结收集光生载流子。本发明的太阳电池利用低成本的碲化镉作为光吸收材料，工艺简单，并可以制作成为柔性电池和双面电池，扩大应用领域及提高实际发电量。
【IPC分类】H01L31-074, H01L31-18
【公开号】CN104600147
【申请号】CN201510021250
【发明人】林时胜, 李晓强, 陈红胜, 王朋, 章盛娇, 徐志娟, 吴志乾, 钟汇凯
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月16日