碳纳米管太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供的一种碳纳米管太阳能电池，其包括：硅基底、碳纳米管薄膜、设置于硅基底和碳纳米管薄膜之间的氧化层、负电极。其中，所述氧化层选自氧化硅或者氧化铝，其厚度范围控制在1～4纳米。氧化层可以通过化学氧化或者物理沉积的方式形成。通过在碳纳米管薄膜和硅基底之间设置氧化层，相当于在碳纳米管薄膜和硅基底间形成了一个高势垒区，可以有效阻止由光激发生成的电子直接向碳纳米管薄膜传输，抑制了不可利用的暗电流的形成，提高了电池转换效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太阳能光伏
，具体涉及一种碳纳米管太阳能电池，以及该碳纳米管太阳能电池的制备方法。
技术介绍
随着能源短缺，环境污染和温室效应等问题的日益突出，高效利用太阳能这一新兴的清洁能源显得愈发重要。太阳能的利用方式包括光能-热能转换、光能-电能转换、光能-化学能转换。太阳能电池是光能-电能转换的典型例子，其是利用半导体材料的光生伏特原理制成的。目前，占有主导商业地位的太阳能电池为硅太阳能电池，其转化效率为14%-17%左右，晶体硅太阳能电池制造工艺复杂，完全使用硅作为光电转换的材料，要获得高转换效率的硅太阳能电池，需要制备出高纯度的原料硅。目前原料硅的制备工艺远不能满足太阳能电池发展的需要，并且制备原料硅需要消耗大量的电能，这提高了硅太阳能电·池的成本，并且对环境产生很大的污染。因此发展其它类型的太阳能电池，就显得具有很重要的意义。碳纳米管是由一层或者数层石墨层片按照一定的螺旋角卷曲而成的纳米材料。理论计算和实测结果表面，根据碳纳米管的几何结构不同，碳纳米管既可能是导体，也可能是半导体，其能隙宽度可以从O改变到与硅相当，这表明了碳纳米管将在半导体领域扮演重要的角色。基于碳纳米管的光电转换研究早在2005年就已经开展，早期的研究工作主要是基于碳纳米管复合材料太阳能电池的研究，其中包括碳纳米管与聚合物等复合物作为光电转换的材料。当今主要的碳纳米管太阳能电池的基本原理是利用在硅基底上生长碳纳米管薄膜层，形成异质结结构，光照时，结区产生的空穴和电子在内建电场的作用下分离，电子从硅基底经外回路传到碳纳米管薄膜层端与空穴复合，从而产生电流。但是，此种碳纳米管太阳能电池中，受光照激发而分离的空穴和电子中，有相当一部分的电子会直接流向碳纳米管薄膜层端，形成不能为我们所利用的暗电流，进而降低了电池的光-电转换效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种碳纳米管太阳能电池，其通过在碳纳米管薄膜层与硅基底之间形成一层薄氧化层，阻止电子直接流向碳纳米管薄膜层端，从而提高碳纳米管太阳能电池的光-电转换效率。本专利技术的目的还在于提供一种制备上述碳纳米管太阳能电池的制备方法。为实现上述专利技术目的之一，本专利技术提供一种碳纳米管太阳能电池，该太阳能电池包括 硅基底； 碳纳米管薄膜； 氧化层，设置于硅基底和碳纳米管薄膜之间； 负电极，设置在硅基底的远离碳纳米管薄膜一侧的表面，并与所述表面欧姆接触。作为本专利技术的进一步改进，所述氧化层选自氧化硅或者氧化铝，所述氧化层的厚度范围为I 4纳米，所述氧化层的实现方式包括化学氧化或物理沉积。作为本专利技术的进一步改进，所述碳纳米管薄膜选自顺排碳纳米管薄膜、杂乱半导体型碳纳米管薄膜、金属型碳纳米管薄膜中的一种或者几种的组合，所述碳纳米管薄膜的厚度范围为30 400纳米。 作为本专利技术的进一步改进，所述顺排碳纳米管薄膜包括顺排多壁、少壁、单壁碳纳米管薄膜；其中顺排多壁、少壁碳纳米管薄膜可从纺丝碳纳米管阵列抽出制得，顺排单壁碳纳米管薄膜通过在刻蚀暴露出的硅表面定向生长制得。作为本专利技术的进一步改进，所述杂乱半导体型碳纳米管薄膜和金属型碳纳米管薄膜通过喷涂法或真空抽滤法制得。作为本专利技术的进一步改进，所述硅基底的导电类型应为η型，其电导率范围在O.02-30 Ω cm 之间。作为本专利技术的进一步改进，所述负电极选自镓铟合金，铬/铝合金，钛/铝合金中的一种或者几种的组合。为实现上述另一专利技术目的，本专利技术还提供一种碳纳米管太阳能电池的制备方法，该方法包括以下步骤 选取具有第一氧化层表面的娃片作为基底； 使用光阻剂或胶带覆盖部分所述第一氧化层表面并使其余部分的第一氧化层表面暴露； 采用湿法刻蚀将所述暴露的第一氧化层表面刻蚀，以露出新鲜硅表面； 在所述暴露出的新鲜硅表面上形成第二氧化层表面； 至少在所述第二氧化层表面上铺设至少一层碳纳米管薄膜，并用导电胶与所述碳纳米管薄膜连接以形成正电极； 在所述硅基底的远离碳纳米管薄膜的一侧表面制作与其欧姆接触的负电极。作为本专利技术的进一步改进，所述第一氧化层的厚度范围为300 1000纳米。作为本专利技术的进一步改进，所述碳纳米管薄膜进一步铺设至第一氧化层表面上，所述导电胶与碳纳米管薄膜在所述第一氧化层表面上实现连接。本专利技术的有益效果是通过在碳纳米管太阳能电池的硅基底和碳纳米管薄膜之间设置一层薄氧化层，阻止电子直接流向碳纳米管薄膜层端，抑制了电池中不可利用的暗电流的形成。此外，作为正极材料的碳纳米管薄膜可以采用顺排碳纳米管薄膜、杂乱半导体型碳纳米管薄膜、金属型碳纳米管薄膜中的一种或者几种的组合，从而使电池效率相较于传统碳纳米管太阳能电池效率更高。另外，本专利技术纳米管太阳能电池的制备方法简单，适合大面积地制备。附图说明图I是本专利技术碳纳米管太阳能电池一具体实施方式中使用的硅片的截面示意图； 图2是本专利技术碳纳米管太阳能电池一具体实施方式中的结构示意 图3是图2所示的碳纳米管太阳能电池在标准光源(ΑΜ1. 5，100 mW/cm2)以及暗条件下测试的电流密度-电压曲线；图4是本专利技术碳纳米太阳能电池在一具体实施方式中两个电池的并联示意 图5是本专利技术碳纳米太阳能电池在一具体实施方式中两个电池的串联示意图。具体实施例方式以下将结合附图所示的各实施方式对本专利技术进行详细描述。但这些实施方式并不限制本专利技术，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本专利技术的保护范围内。参图I和图2，分别为本专利技术碳纳米管太阳能电池一具体实施方式中所需的硅片10和制作完成的碳纳米管太阳能电池的示意图。所述碳纳米管太阳能电池包括硅基底12、碳纳米管薄膜30、设置于硅基底12和碳纳米管薄膜30之间的氧化层20、负电极50。其中，所述氧化层20选自氧化硅或者氧化铝，优选为氧化硅，其厚度范围控制在I 4纳米。氧化层20可以通过化学氧化或者物理沉积的方式形成。通过在碳纳米管薄膜30和硅基底12之间设置氧化层20，相当于在碳纳米管薄膜30和硅基底12间形成了一个高势垒区，可·以有效阻止由光激发生成的电子直接向碳纳米管薄膜30传输，抑制了不可利用的暗电流的形成，提高了电池转换效率。本实施方式中，碳纳米管太阳能电池的碳纳米管薄膜30包括顺排碳纳米管薄膜、杂乱半导体型碳纳米管薄膜、金属型碳纳米管薄膜中的一种或者几种的组合。其中，顺排碳纳米管薄膜包括顺排多壁、少壁、单壁碳纳米管薄膜，顺排多壁、少壁碳纳米管薄膜由纺丝碳纳米管阵列直接抽出制得，顺排单壁碳纳米管薄膜在刻蚀暴露出的硅表面定向生长制得；杂乱半导体型碳纳米管薄膜和金属型碳纳米管薄膜通过喷涂法或真空抽滤法制得。在实际的生产过程中，可以根据不同的功能需要选择不同碳纳米管薄膜或者其组合，并且，必要时可以铺设多层碳纳米管薄膜。所述碳纳米管薄膜30的厚度范围控制在为30 400纳米，以达到较佳的电池性能。上述方式制备的不同碳纳米管薄膜30，其工艺流程简单，适合大面积的制作。本实施方式中，碳纳米管太阳能电池的硅基底12的导电类型为η型，其电导率范围在O. 02-30 Ω cm之间。所述负电极50选自镓铟合金，铬/铝合金，钛/铝合金中的一种或者几种的组合，并且所述负电极50和硅基底12形成欧姆接触。在上述实施方式中，碳纳米管薄膜30作为电池的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纳米管太阳能电池，其特征在于，该太阳能电池包括：硅基底；碳纳米管薄膜；氧化层，设置于硅基底和碳纳米管薄膜之间；负电极，设置在硅基底的远离碳纳米管薄膜一侧的表面,并与所述表面欧姆接触。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李清文，邸江涛，勇振中，李红波，金赫华，
申请(专利权)人：苏州捷迪纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：