本實(shí)用新型涉及一種石墨烯硅基太陽(yáng)能電池，尤其是涉及一種具有環(huán)形絕緣層結(jié)構(gòu)的石墨烯硅基太陽(yáng)能電池。

背景技術(shù)：

太陽(yáng)能電池按照結(jié)構(gòu)來(lái)分可以分為由同質(zhì)材料構(gòu)成一個(gè)或多個(gè)PN結(jié)的同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池；由異質(zhì)材料構(gòu)成一個(gè)或多個(gè)PN結(jié)的異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池；由金屬和半導(dǎo)體接觸構(gòu)成的肖特基結(jié)太陽(yáng)能電池；由電解質(zhì)中半導(dǎo)體電極構(gòu)成的光電化學(xué)太陽(yáng)能電池。近年來(lái)發(fā)展最為成熟的硅基半導(dǎo)體PN結(jié)太陽(yáng)能電池面臨高能耗、高成本、高污染等幾大問(wèn)題。

石墨烯是零帶系半導(dǎo)體，其能帶結(jié)構(gòu)在K空間成對(duì)頂?shù)碾p錐形，費(fèi)米面在迪拉克點(diǎn)之上，石墨烯為n型，費(fèi)米面在狄拉克點(diǎn)以下為p型。石墨烯薄膜與n型單晶硅結(jié)合可構(gòu)成石墨烯硅基肖特基結(jié)，并進(jìn)一步組裝成太陽(yáng)能電池。

與傳統(tǒng)p-n或p-i-n結(jié)構(gòu)的硅基太陽(yáng)能電池相比，石墨烯硅基異質(zhì)結(jié)電池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，避免了復(fù)雜的高溫?cái)U(kuò)散工藝，制備過(guò)程環(huán)保，有效的降低了太陽(yáng)能電池的成本。但目前該結(jié)構(gòu)電池光電轉(zhuǎn)換效率不高，其中一個(gè)主要問(wèn)題在于石墨烯與硅基形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)的界面態(tài)缺陷較多，從而導(dǎo)致光生載流子收集過(guò)程中在界面處形成的漏電流比較大，降低了器件的短路電流，使得光電轉(zhuǎn)換效率比較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供了一種具有環(huán)形絕緣層結(jié)構(gòu)的石墨烯硅基太陽(yáng)能電池，解決現(xiàn)有石墨烯硅基異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)中漏電流比較大的問(wèn)題。

本實(shí)用新型技術(shù)方案如下：一種具有環(huán)形絕緣層結(jié)構(gòu)的石墨烯硅基太陽(yáng)能電池，包括背電極，背電極上設(shè)置單晶硅片，單晶硅片上設(shè)置二氧化硅層，所述二氧化硅層是具有通孔的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，二氧化硅層陷入單晶硅片的厚度為0.2～2μm，所述二氧化硅層的表面和由二氧化硅層通孔暴露的單晶硅片表面設(shè)置石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜表面設(shè)置前電極。

優(yōu)選的，所述二氧化硅層陷入單晶硅片的厚度為0.8～1.2μm。

優(yōu)選的，所述石墨烯薄膜為單層或多層石墨烯，厚度為1～100nm。

優(yōu)選的，所述背電極材質(zhì)為Cu、Ag、Al、ZnO和ITO中的一種。

本實(shí)用新型所提供的技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)在于：通過(guò)設(shè)置陷入單晶硅片的環(huán)形結(jié)構(gòu)降低異質(zhì)結(jié)界面處的強(qiáng)電場(chǎng)引起的漏電流，產(chǎn)生更好的鈍化效果，提高器件的短路電流和填充因子，進(jìn)而提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率，電池轉(zhuǎn)換效率可提高8％左右。制備本實(shí)用新型的石墨烯硅基太陽(yáng)能電池，采用工藝步驟均是成熟工藝，制備成本低廉。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實(shí)施例1、實(shí)施例2以及傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)器件的IV測(cè)試曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，但不作為對(duì)本實(shí)用新型的限定。

請(qǐng)結(jié)合圖1所示，實(shí)施例1的具有環(huán)形絕緣層結(jié)構(gòu)的石墨烯硅基太陽(yáng)能電池由以下方式制得：在p型單晶硅片4前表面利用雙重氧化法制備二氧化硅層3，首先在0.2Mpa氧氣氛圍下，管內(nèi)溫度600℃進(jìn)行一次氧化；其次利用氬氣混合CrO₃在氣壓1Mpa，管內(nèi)溫度900℃進(jìn)行二次局部氧化制備環(huán)狀結(jié)構(gòu)的二氧化硅層3，二氧化硅層3在單晶硅片4的陷入深度為0.8μm；p型單晶硅片4后表面制備金屬Al背電極5；采用噴涂工藝將石墨烯溶液平鋪在二氧化硅層3和由二氧化硅層3通孔暴露的p型單晶硅片4前表面，經(jīng)過(guò)干燥后石墨烯薄膜2厚度為20nm與p型單晶硅片4表面緊密貼合；石墨烯薄膜2表面制備前電極1引出導(dǎo)線作為電池的正極，背電極5引出導(dǎo)線作為電池的負(fù)極。

實(shí)施例2的具有環(huán)形絕緣層結(jié)構(gòu)的石墨烯硅基太陽(yáng)能電池由以下方式制得：在n型單晶硅片前表面利用雙重氧化法制備二氧化硅層，首先在0.2Mpa氧氣氛圍下，管內(nèi)溫度650℃進(jìn)行一次氧化；其次利用氬氣混合CrO₃在氣壓1.2Mpa，管內(nèi)溫度1000℃進(jìn)行二次局部氧化制備環(huán)狀結(jié)構(gòu)的二氧化硅層，二氧化硅層在單晶硅片的陷入深度為1.2μm；n型單晶硅片后表面制備金屬Al背電極；采用噴涂工藝將石墨烯溶液平鋪在二氧化硅層和由二氧化硅層通孔暴露的n型單晶硅片前表面，經(jīng)過(guò)干燥后石墨烯薄膜厚度為10nm與n型單晶硅表面緊密貼合；石墨烯薄膜表面制備前電極1引出導(dǎo)線作為電池的正極，背電極引出導(dǎo)線作為電池的負(fù)極。

實(shí)施例1、實(shí)施例2以及傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)器件的IV測(cè)試曲線如圖2所示，可以看出采用本實(shí)用新型技術(shù)方案，具有環(huán)形絕緣層結(jié)構(gòu)的石墨烯硅基太陽(yáng)能電池的效率與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比有顯著提高。