一种InP-石墨烯太阳电池制造技术

本实用新型专利技术属于多孔太阳电池领域，公开了一种InP‑石墨烯太阳电池。所述InP‑石墨烯太阳电池包括由下至上依次层叠的Au背电极、InP外延层、TiO

InP graphene solar cell

【技术实现步骤摘要】
一种InP-石墨烯太阳电池
本技术属于多孔太阳电池领域，具体涉及一种InP-石墨烯太阳电池。
技术介绍
能源问题是世界各国共同面对的巨大挑战，高效太阳能光伏技术作为支撑国民经济、可持续发展战略以及提高我国国际竞争力的重要先进生产力，已成为国家科学技术长期发展规划中至关重要的发展方向。因此，发展高效太阳能光伏技术、提高太阳电池光电转换效率，增强太阳电池实用性刻不容缓。迄今为止，采用Si基、Ge基等间接带隙半导体材料为主的太阳电池工艺日趋成熟，此外，由于材料本身的性质，光电转换效率提升受到了很大限制。以GaAs为主的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料在光伏领域的应用得到了充分的重视与推广。然而，由于GaAs表面具有高的载流子复合速率，导致GaAs太阳电池的光电转效率低，GaAs基太阳电池的高转换效率必须要有复杂的结构和繁琐的工艺支撑，大大限制了以GaAs基为主的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料太阳电池的生产和应用。经过本团队前期在太阳电池领域的研究发现，相对于GaAs，InP基材料具有高光吸收系数和低表面复合速率，因此在光伏电池中能够得到有效的应用。然而，InP内部对少数载流子寿命的限制制约了InP基太阳能电池的发电效率。
技术实现思路
针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本技术的首要目的在于提供一种InP-石墨烯太阳电池。本技术的另一目的在于提供上述InP-石墨烯太阳电池的制备方法。本技术目的通过以下技术方案实现：一种InP-石墨烯太阳电池，包括由下至上依次层叠的Au背电极、InP外延层、TiO2空穴阻挡层、石墨烯层和Al2O3减反射层；围绕Al2O3减反射层设置一圈Ag接触电极，Ag接触电极与石墨烯层接触。进一步地，所述InP外延层是指Zn掺杂InP外延层，晶向为(100)，Zn掺杂浓度为6×1017～6×1018/cm3，载流子迁移率为100～200cm2/(v·s)。进一步地，所述Au背电极的厚度为100～200nm，InP外延层的厚度为0.35～1.2mm，TiO2空穴阻挡层的厚度为10～20nm，石墨烯层的厚度为5～6层原子厚度，Al2O3减反射层厚度为20～100nm。上述InP-石墨烯太阳电池可通过如下方法制备得到：(1)将InP外延层基片经清洗后退火处理，然后在基片背面蒸镀一层金作为背电极层，蒸镀结束后退火处理；(2)在步骤(1)的基片正面蒸镀一层二氧化钛作为空穴阻挡层；(3)将石墨烯转移到空穴阻挡层上，烘干处理后，得到石墨烯层；(4)在石墨烯层上蒸镀一层氧化铝作为减反射层；(5)围绕Al2O3减反射层注射一圈液态银并保证液态银与石墨烯层接触，再次进行烘干，得到所述InP-石墨烯太阳电池。进一步地，步骤(1)中所述清洗是指依次经AR级丙酮、乙醇和超纯水进行超声清洗，然后用盐酸润洗，最后用去离子水进行冲洗。进一步地，步骤(1)中所述背电极层的蒸镀速率为0.7～1.5nm/s。进一步地，步骤(1)中所述退火处理是指升温至600～1200℃退火处理15～25min。进一步地，步骤(2)中所述空穴阻挡层的蒸镀速率为0.3～0.7nm/s，蒸镀旋转速率为3～7s/圈，蒸镀温度控制在20～40℃。进一步地，步骤(3)中所述烘干处理的温度为100～140℃。进一步地，步骤(4)中所述减反射层的蒸镀速率为0.1～0.4nm/s。进一步地，步骤(5)中所述烘干温度为100～120℃。本技术的原理如下：p型InP与石墨烯之间形成了肖特基结构，受光激发产生电子空穴对，电子通过石墨烯薄膜层通往外电路从而使内电路保持电势差，产生电池效应，同时二氧化钛层作为空穴阻挡层，通过在价带中引入势垒，阻止空穴向石墨烯层方向的扩散，有利于内电路维持电势差，从而提高了太阳能电池的光伏转换效率。另外，通过在InP表面蒸镀一层折射率处于基底材料与空气折射率间的材料，利用光干涉相消的原理使某一波长的光反射降到最低。对于InP而言，其在可见光波段范围内的折射率在3.4附近，而空气的折射率为1.0，减反膜最适合的折射率为两种乘积的0.5次方，也就是1.8附近。此外，为了获得好的减反射效果，减反膜不要吸收或者尽可能少吸收半导体吸收范围内的光，对于InP而言，减反膜的光吸收边一般小于400nm，也就是说减反膜材料的带隙一般需要大于3.0eV，因此Al2O3为适合的减反射层。相对于现有技术，本技术具有如下优点及有益效果：(1)在p型磷化铟与上方电极之间以一层二氧化钛作为空穴阻挡层，并且在二氧化钛层上方附加一层石墨烯作为太阳电池高透光率与高电子迁移率的透明导电层，同时实现p-InP基区层的能带弯曲，实现光伏效应，同时以提高太阳电池的光吸收率和载流子传输速率，从而整体提高太阳电池的光伏转换效率。(2)本技术取代了传统的Ⅲ-Ⅴ族砷化镓基电池与少数载流子寿命短的普通p型磷化铟基电池，其结构简单，同时本技术利用磷化铟的高光吸收率、电子输送层对载流子传输效率的提升以及石墨烯透明导电层的高光透过率以及高载流子迁移速率，以及Al2O3减反射层的设置，增加了电池的光吸收率和减少了电池光生载流子内耗，大大提高了Ⅲ-Ⅴ族太阳能电池的光电转换效率。附图说明图1为本技术实施例中InP-石墨烯太阳电池的结构示意图。图2为本技术实施例1中所得InP-石墨烯太阳电池的实物图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本技术作进一步详细的描述，但本技术的实施方式不限于此。实施例1本实施例的一种InP-石墨烯太阳电池，其结构示意图如图1所示。包括由下至上依次层叠的Au背电极、InP外延层、TiO2空穴阻挡层、石墨烯层和Al2O3减反射层；围绕Al2O3减反射层设置一圈Ag接触电极，Ag接触电极与石墨烯层接触。所述InP-石墨烯太阳电池通过如下方法制备：(1)采用低掺杂p型InP外延片为基区材料，(Zn掺杂InP，厚度为350μm，晶向为(100)，Zn掺杂浓度在2×1018/cm3，载流子迁移率为140cm2/(v·s))。使用AR级别的丙酮、乙醇以及超纯水依次对基片进行5分钟的超声清洗，其后用6％的盐酸润洗3分钟，之后用去离子水进行冲洗；将经过清洗的基片放入退火炉中，设置退火温度为700℃，进行14分钟升温后进行24分钟退火。(2)利用电子束蒸镀系统在步骤(1)处理后的基片背面蒸镀一层金作为背电极层，速率为1.5nm/s，厚度为150nm，蒸镀结束后进行退火处理。(3)在已镀上背电极的基片正面利用电子束蒸镀系统镀上一层二氧化钛作为空穴阻挡层，速率为0.7nm/s，底盘旋转速率为3秒/圈，底盘控制温度在32℃，厚度为12nm；(4)将“泡-取”式石墨烯使用PMMA陪片进行反复去离子水漂洗后转移到已经蒸镀二氧化钛层的InP基片上，厚度为5层原子厚度，随后使用丙酮溶剂将残余的P本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种InP-石墨烯太阳电池，其特征在于：所述InP-石墨烯太阳电池包括由下至上依次层叠的Au背电极、InP外延层、TiO

【技术特征摘要】
1.一种InP-石墨烯太阳电池，其特征在于：所述InP-石墨烯太阳电池包括由下至上依次层叠的Au背电极、InP外延层、TiO2空穴阻挡层、石墨烯层和Al2O3减反射层；围绕Al2O3减反射层设置一圈Ag接触电极，Ag接触电极与石墨烯层接触。


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【专利技术属性】
技术研发人员：李国强，余粤锋，林静，梁敬晗，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东;44