專利名稱：薄膜太陽(yáng)能電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能利用裝置及其制造方法，尤其涉及一種具有較低損耗電阻的薄膜太陽(yáng)能電池及其制備方法，屬于光伏技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著日益突出的能源匱乏和環(huán)境污染問(wèn)題，對(duì)新能源的開(kāi)發(fā)與利用顯得十分緊迫。太陽(yáng)能發(fā)電作為一種取之不盡，用之不竭，而且無(wú)污染的新能源，受到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。太陽(yáng)電池是一種可以將光能轉(zhuǎn)換成電能的器件，當(dāng)前，太陽(yáng)能電池的開(kāi)發(fā)應(yīng)用已逐步走向商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化；小功率小面積的太陽(yáng)能電池在一些國(guó)家已大批量生產(chǎn)，并得到廣泛應(yīng)用；同時(shí)人們正在開(kāi)發(fā)光電轉(zhuǎn)換率高、成本低的太陽(yáng)能電池；現(xiàn)已研制出的太陽(yáng)電池可以分為硅太陽(yáng)電池，如單晶硅(C - Si)、多晶硅(PC - Si)和非晶硅(a “ Si)太陽(yáng)電池；II-VI族化合物太陽(yáng)電池，如CdTe電池等；CuInSe薄膜太陽(yáng)電池；級(jí)聯(lián)電池，亦稱疊層電池；III-V族化合物太陽(yáng)電池，如GaAs、InP電池等。采用高倍聚光提高的光電轉(zhuǎn)換效率，已經(jīng)成為此領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在高倍聚光條件下，太陽(yáng)電池的輸出功率與電流密度大大增加，現(xiàn)在常見(jiàn)太陽(yáng)電池采光面的金屬電極多為細(xì)柵線與主收集電極組成，電流通過(guò)各細(xì)柵金屬電極匯集后傳輸?shù)街魇占饘匐姌O。從理論上說(shuō)，這種電流的收集方式關(guān)系到電流收集的能力和損耗狀況，直接與電池的效率息息相關(guān)。因此，如何合理構(gòu)建電池表面結(jié)構(gòu)，降低損耗電阻，提高電流收集能力，已經(jīng)成為業(yè)界廣泛關(guān)注的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種薄膜太陽(yáng)能電池及其制備方法，其利用高導(dǎo)電透明的石墨烯薄膜與金屬柵線電極組合構(gòu)建太陽(yáng)電池表面結(jié)構(gòu)，降低太陽(yáng)能電池?fù)p耗電阻的方法以便提高太陽(yáng)能電池對(duì)太陽(yáng)光的利用效率，得到較高的光輸出功率，實(shí)現(xiàn)較高的轉(zhuǎn)換效率， 從而克服了現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案
一種薄膜太陽(yáng)能電池，包括太陽(yáng)能電池基體，所述太陽(yáng)能電池基體的采光面表面覆設(shè)有歐姆電極，其特征在于所述采光面表面還覆設(shè)有厚度在0. Inm-IOOOnm的石墨烯薄膜， 使得采光面上未覆蓋歐姆電極的采光區(qū)域與歐姆電極導(dǎo)通。更具體的，所述歐姆電極是形成于太陽(yáng)能電池基體采光面表面的導(dǎo)電歐姆接觸柵條狀結(jié)構(gòu)層。所述歐姆電極的柵條狀結(jié)構(gòu)與石墨烯薄膜連通構(gòu)成網(wǎng)狀導(dǎo)通層。所述歐姆接觸柵條結(jié)構(gòu)層的厚度在lnm-5毫米。所述太陽(yáng)能電池基體的結(jié)構(gòu)形式至少選自單結(jié)、雙結(jié)、三結(jié)和三結(jié)以上、雙結(jié)級(jí)聯(lián)式及雙結(jié)以上級(jí)聯(lián)式結(jié)構(gòu)、復(fù)合雙結(jié)級(jí)聯(lián)式加雙結(jié)級(jí)聯(lián)式結(jié)構(gòu)、復(fù)合三結(jié)級(jí)聯(lián)式加單結(jié)結(jié)構(gòu)、復(fù)合雙結(jié)級(jí)聯(lián)式加雙結(jié)級(jí)聯(lián)式加單結(jié)結(jié)構(gòu)、復(fù)合三結(jié)級(jí)聯(lián)式加雙結(jié)級(jí)聯(lián)式加單結(jié)結(jié)構(gòu)。一種薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，該方法為在覆設(shè)有歐姆電極的太陽(yáng)能電池基體的采光面表面再覆設(shè)石墨烯薄膜，使得太陽(yáng)能電池基體表面未覆蓋歐姆電極的采光區(qū)域與歐姆電極導(dǎo)通。進(jìn)一步的講，所述歐姆電極是形成于太陽(yáng)能電池基體采光面表面的導(dǎo)電歐姆接觸柵條狀結(jié)構(gòu)層，所述石墨烯薄膜與該導(dǎo)電歐姆接觸柵條結(jié)構(gòu)層連通，形成網(wǎng)狀導(dǎo)通層。所述石墨烯薄膜是通過(guò)直接覆蓋法或間接轉(zhuǎn)移法被覆蓋到太陽(yáng)能電池基體的采光面表面的。所述歐姆接觸柵條結(jié)構(gòu)層的厚度在lnm-5毫米，其由無(wú)機(jī)導(dǎo)電材料和/或有機(jī)導(dǎo)電材料形成；
所述無(wú)機(jī)導(dǎo)電材料至少選自金屬、金屬氧化物和導(dǎo)電非金屬材料中的任意一種或一種以上，所述金屬包括 Al、Ni、Au、Pd、Ti、Zn、Pt、Ag、Cu、Cr、Ge、AuGe 和 NiAuGe，所述金屬氧化物包括氧化銦、氧化鋅、摻錫氧化銦、摻氟氧化銦、摻鎵氧化鋅、摻鋁氧化鋅和氟化摻錫氧化銦，所述導(dǎo)電非金屬材料包括碳納米管；所述有機(jī)導(dǎo)電材料選自聚合導(dǎo)電物質(zhì)，但不僅限于以上材料。所述太陽(yáng)能電池基體的結(jié)構(gòu)形式至少選自單結(jié)、雙結(jié)、三結(jié)和三結(jié)以上、雙結(jié)級(jí)聯(lián)式及雙結(jié)以上級(jí)聯(lián)式結(jié)構(gòu)、復(fù)合雙結(jié)級(jí)聯(lián)式加雙結(jié)級(jí)聯(lián)式結(jié)構(gòu)、復(fù)合三結(jié)級(jí)聯(lián)式加單結(jié)結(jié)構(gòu)、復(fù)合雙結(jié)級(jí)聯(lián)式加雙結(jié)級(jí)聯(lián)式加單結(jié)結(jié)構(gòu)、復(fù)合三結(jié)級(jí)聯(lián)式加雙結(jié)級(jí)聯(lián)式加單結(jié)結(jié)構(gòu)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于利用石墨烯薄膜的優(yōu)良透明導(dǎo)電性能來(lái)降低太陽(yáng)電池的損耗電阻，與傳統(tǒng)工藝相比，具有更優(yōu)的電流收集能力，且工藝過(guò)程實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，易于規(guī)?；a(chǎn)，適用于太陽(yáng)電池等光電器件領(lǐng)域。
具體實(shí)施例方式針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本案發(fā)明人經(jīng)長(zhǎng)期研究和實(shí)踐，提出了利用石墨烯薄膜的優(yōu)良透明導(dǎo)電性能來(lái)降低太陽(yáng)電池的損耗電阻，從而提高太陽(yáng)能電池對(duì)太陽(yáng)光的利用效率和電流收集能力，得到較高的光輸出功率，實(shí)現(xiàn)較高的轉(zhuǎn)換效率。具體的講，本發(fā)明的技術(shù)方案是對(duì)太陽(yáng)能電池晶片(基體)采光面進(jìn)行有效的處理后將石墨烯薄膜沉積或轉(zhuǎn)移其上表面，使得未覆蓋歐姆電極采光區(qū)域與歐姆接觸柵條結(jié)構(gòu)層(歐姆電極)有效地連通構(gòu)成網(wǎng)狀導(dǎo)通層，降低電池的損耗電阻，提高電池的使用效率。進(jìn)一步地，本發(fā)明的技術(shù)方案包括在吸收電磁波輻射光電轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)層上進(jìn)行表面處理后制作完成導(dǎo)電要求的歐姆接觸電極，之后將石墨烯薄膜制備到太陽(yáng)電池采光窗口表面。更進(jìn)一步地，所述導(dǎo)電前歐姆接觸電極的可以是Al、Ni、Au、Pd、Ti、Zn、Pt、Ag、Cu、 Cr、Ge、AuGe、NiAuGe、以及如氧化銦、氧化鋅、摻錫氧化銦、摻氟氧化銦、摻鎵氧化鋅、摻鋁氧化鋅、氟化摻錫氧化銦等氧化物類材料、聚合導(dǎo)電物質(zhì)、含有碳管的聚合導(dǎo)電物質(zhì)等中一種或任意幾種，但不僅限于上述材料。更進(jìn)一步地，所述的導(dǎo)電歐姆接觸電極材料可通過(guò)蒸發(fā)，或?yàn)R射、或激光沉積、或旋涂、或噴涂、或印刷、或化學(xué)氣相、或化學(xué)液相等化學(xué)或物理沉積的方式制備。更進(jìn)一步地，所述石墨烯薄膜制備可以采用化學(xué)沉積法、化學(xué)氧化剝離法、溶劑熱法、機(jī)械剝離法、黏附剝離法、分離懸浮溶液旋涂法、懸浮溶液浸潤(rùn)法等但不僅限于上述所列制備方法的。更進(jìn)一步地，石墨烯薄膜可以使用膠帶剝離法制備的石墨烯是由H0PG、鱗片石墨層層剝離得到；溶劑熱法的原料為金屬鈉、乙醇；反應(yīng)溫度為20°C -SOO0C ；化學(xué)氧化剝離法是利用超聲振蕩的方式，還原劑為胼，對(duì)苯二酚，硼氫化鈉。更進(jìn)一步地，覆蓋石墨烯薄膜可以直接沉積在電池的采光窗口區(qū)域或?qū)⒅苽涑龅氖┍∧まD(zhuǎn)移到電池的采光窗口區(qū)域。更進(jìn)一步地，所述的石墨烯薄膜覆蓋到電池襯底材料表面的方法可以使用將石墨烯懸濁液滴覆在有金屬電極的電池片表面，然后進(jìn)行旋涂，最后進(jìn)行烘干。下面通過(guò)若干較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明并不局限于此。以下各實(shí)施例中所述實(shí)驗(yàn)方法，如無(wú)特殊說(shuō)明，均為常規(guī)方法；所用試劑和材料，如無(wú)特殊說(shuō)明，均可從商業(yè)途徑獲得。實(shí)施例1
(1)按照太陽(yáng)能電池的標(biāo)準(zhǔn)化工藝，對(duì)電池太陽(yáng)能電池晶片進(jìn)行有效處理，完成前采光區(qū)域電極的表面圖形化制備、后電極的歐姆接觸以及其他工藝的制備過(guò)程，金屬電極的厚度可為lnm-5mm ；
(2)采用Hummers方法制備氧化石墨在反應(yīng)瓶中加入濃硫酸，3g石墨粉和2 g硝酸鈉的固體混合物，再加入6 g高錳酸鉀，反應(yīng)溫度20°C，攪拌反應(yīng)一段時(shí)間，然后加入雙氧水還原殘留的氧化劑，使溶液變?yōu)榱咙S色，趁熱過(guò)濾，并用5%HC1溶液(體積百分比)和去離子水洗滌；
(3)將制備的氧化石墨分散于100g水溶液中，得到棕黃色的懸浮液，然后進(jìn)行超聲， 時(shí)間1 h，得到穩(wěn)定的氧化石墨烯膠狀懸濁液。然后加入0.5 mL水合胼，90 ° C恒溫反應(yīng) 24 h，得到穩(wěn)定的石墨烯膠狀懸浮液；
(4)將制備的石墨烯溶液滴在已經(jīng)圖形化的GaAs電池襯底采光區(qū)域的表面，進(jìn)行旋涂，厚度在Inm-Iym之間，最后進(jìn)行烘干，烘干溫度在20°C -1000°C
實(shí)施例2
(1)按照太陽(yáng)能電池的標(biāo)準(zhǔn)化工藝，對(duì)電池太陽(yáng)能電池晶片進(jìn)行有效處理，完成前采光區(qū)域電極的表面圖形化制備、后電極的歐姆接觸以及其他工藝的制備過(guò)程，金屬電極的厚度可為lnm-5mm ；
(2)將制備出的石墨烯采用剝離氧化法分離，制備獲得石墨烯的懸濁液，將其滴覆在有圖形化的金屬電極的電池片表面，然后進(jìn)行旋涂，厚度在Inm-I μ m之間，最后進(jìn)行烘干，烘干溫度在20°C -IOOO0C 實(shí)施例3
(1)按照太陽(yáng)能電池的標(biāo)準(zhǔn)化工藝，對(duì)電池太陽(yáng)能電池晶片進(jìn)行有效處理，完成前采光區(qū)域電極的表面圖形化制備、后電極的歐姆接觸以及其他工藝的制備過(guò)程，金屬電極的厚度可為lnm-5mm0(2)將制備出石墨烯采用剝離超聲法分離，制備獲得石墨烯的懸濁液，將其滴覆在有圖形化的金屬電極的電池片表面，然后進(jìn)行旋涂，厚度在Inm-I μ m之間，最后進(jìn)行烘干， 烘干溫度在20°C -1000°C。本發(fā)明工藝制法及選材上具有多樣性，以上僅是本發(fā)明眾多具體應(yīng)用范例中的頗具代表性的幾個(gè)實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制。凡采用等同變換或是材料的簡(jiǎn)單替換而形成的技術(shù)方案，只要是采用本發(fā)明具減反射效果的薄膜結(jié)構(gòu)制備太陽(yáng)能電池，均落在本發(fā)明權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種薄膜太陽(yáng)能電池，包括太陽(yáng)能電池基體，所述太陽(yáng)能電池基體的采光面表面覆設(shè)有歐姆電極，其特征在于所述采光面表面還覆設(shè)有石墨烯薄膜，使得采光面上未覆蓋歐姆電極的采光區(qū)域與歐姆電極導(dǎo)通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于所述歐姆電極是形成于太陽(yáng)能電池基體采光面表面的導(dǎo)電歐姆接觸柵條狀結(jié)構(gòu)層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于所述歐姆電極的柵條狀結(jié)構(gòu)與石墨烯薄膜連通構(gòu)成網(wǎng)狀導(dǎo)通層，所述石墨烯薄膜厚度在0. Inm-lOOOnm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于所述歐姆接觸柵條狀結(jié)構(gòu)層的厚度在lnm-5mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于所述太陽(yáng)能電池基體的結(jié)構(gòu)形式至少選自單結(jié)、雙結(jié)、三結(jié)和三結(jié)以上、雙結(jié)級(jí)聯(lián)式及雙結(jié)以上級(jí)聯(lián)式結(jié)構(gòu)、復(fù)合雙結(jié)級(jí)聯(lián)式加雙結(jié)級(jí)聯(lián)式結(jié)構(gòu)、復(fù)合三結(jié)級(jí)聯(lián)式加單結(jié)結(jié)構(gòu)、復(fù)合雙結(jié)級(jí)聯(lián)式加雙結(jié)級(jí)聯(lián)式加單結(jié)結(jié)構(gòu)、復(fù)合三結(jié)級(jí)聯(lián)式加雙結(jié)級(jí)聯(lián)式加單結(jié)結(jié)構(gòu)。
6.一種薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，該方法為在覆設(shè)有歐姆電極的太陽(yáng)能電池基體的采光面表面上再覆設(shè)石墨烯薄膜，使得太陽(yáng)能電池基體表面未覆蓋歐姆電極的采光區(qū)域與歐姆電極導(dǎo)通。
7.如權(quán)利要求6所述薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于所述歐姆電極是形成于太陽(yáng)能電池基體采光面表面的導(dǎo)電歐姆接觸柵條狀結(jié)構(gòu)層，所述石墨烯薄膜與該導(dǎo)電歐姆接觸柵條結(jié)構(gòu)層連通，形成網(wǎng)狀導(dǎo)通層。
8.如權(quán)利要求6所述薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于所述石墨烯薄膜是通過(guò)直接覆蓋法或間接轉(zhuǎn)移法被覆蓋到太陽(yáng)能電池基體的采光面表面，該石墨烯薄膜厚度在 0.Inm-IOOOnm0
9.如權(quán)利要求7所述薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于所述歐姆接觸柵條狀結(jié)構(gòu)層的厚度在lnm-5mm，其由無(wú)機(jī)導(dǎo)電材料和/或有機(jī)導(dǎo)電材料形成；所述無(wú)機(jī)導(dǎo)電材料至少選自金屬、金屬氧化物和導(dǎo)電非金屬材料中的任意一種以上， 所述金屬包括Al、Ni、Au、Pd、Ti、Zn、Pt、Ag、Cu、Cr、Ge、AuGe和NiAuGe，所述金屬氧化物包括氧化銦、氧化鋅、摻錫氧化銦、摻氟氧化銦、摻鎵氧化鋅、摻鋁氧化鋅和氟化摻錫氧化銦， 所述導(dǎo)電非金屬材料包括碳納米管；所述有機(jī)導(dǎo)電材料選自聚合導(dǎo)電物質(zhì)。
10.如權(quán)利要求6-8中任一項(xiàng)所述薄膜太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于所述太陽(yáng)能電池基體的結(jié)構(gòu)形式至少選自單結(jié)、雙結(jié)、三結(jié)和三結(jié)以上、雙結(jié)級(jí)聯(lián)式及雙結(jié)以上級(jí)聯(lián)式結(jié)構(gòu)、復(fù)合雙結(jié)級(jí)聯(lián)式加雙結(jié)級(jí)聯(lián)式結(jié)構(gòu)、復(fù)合三結(jié)級(jí)聯(lián)式加單結(jié)結(jié)構(gòu)、復(fù)合雙結(jié)級(jí)聯(lián)式加雙結(jié)級(jí)聯(lián)式加單結(jié)結(jié)構(gòu)、復(fù)合三結(jié)級(jí)聯(lián)式加雙結(jié)級(jí)聯(lián)式加單結(jié)結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種薄膜太陽(yáng)能電池及其制備方法。該薄膜太陽(yáng)能電池包括太陽(yáng)能電池基體，該太陽(yáng)能電池基體的采光面表面覆設(shè)有歐姆電極，其該采光面表面還覆設(shè)有石墨烯薄膜，使得采光面上未覆蓋歐姆電極的采光區(qū)域與歐姆電極導(dǎo)通。該方法為在覆設(shè)有歐姆電極的太陽(yáng)能電池基體的采光面表面上再覆設(shè)石墨烯薄膜，使得太陽(yáng)能電池基體表面未覆蓋歐姆電極的采光區(qū)域與歐姆電極導(dǎo)通。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有可以獲得更低的太陽(yáng)電池?fù)p耗電阻，更強(qiáng)的電流收集能力，從而提高了太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)，其制備工藝簡(jiǎn)單，易于規(guī)?；a(chǎn)，適用于太陽(yáng)電池等光電器件領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H01L31/0224GK102315288SQ20111029714
公開(kāi)日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者張寶順, 楊輝, 王榮新, 邢政 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所