本發(fā)明涉及一種太陽電池及其制造方法，尤其是石墨烯/銅鋅錫硫薄膜太陽電池及其制造方法，屬于太陽能技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

從原始社會(huì)的茹毛飲血到農(nóng)業(yè)社會(huì)的刀耕火種，從工業(yè)社會(huì)的大生產(chǎn)到信息社會(huì)的高效率，人類社會(huì)的每一次躍進(jìn)都伴隨著能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和人均占有能源的提高。而現(xiàn)在，隨著社會(huì)的發(fā)展，能源危機(jī)和環(huán)境污染問題變得日益嚴(yán)峻。人類亟需發(fā)展出清潔可再生能源來優(yōu)化現(xiàn)有以石油和煤為主體的能源結(jié)構(gòu)，其中太陽能以其取之不盡，用之不竭，分布廣泛的特點(diǎn)從眾多新能源中脫穎而出。

目前市場上的太陽能電池還以硅電池為主，但未來的發(fā)展將會(huì)是柔性薄膜太陽能電池。在眾多柔性太陽能電池中，銅鋅錫硫(CZTS)太陽能電池用料少，工藝簡單，材料價(jià)格廉且無毒無害，適于大規(guī)模商業(yè)化。目前CZTS太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到11.1％，前景十分廣闊。與此同時(shí)，石墨烯具有優(yōu)異的電學(xué)、光學(xué)性質(zhì)，如極高的載流子遷移率、高透光新、高的楊氏模量等。這些獨(dú)特的性質(zhì)使石墨在光伏發(fā)電領(lǐng)域應(yīng)用廣闊。目前，石墨烯基太陽能電池效率最高已經(jīng)達(dá)到18.5％,在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明提出了石墨烯/銅鋅錫硫薄膜太陽電池結(jié)構(gòu)，電池整體結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，環(huán)境友好，適于大規(guī)模推廣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種光電轉(zhuǎn)化效率高，工藝簡單的石墨烯/銅鋅錫硫太陽電池及其制造方法。

本發(fā)明的石墨烯/銅鋅錫硫太陽電池，自下而上依次有透明襯底、石墨烯層、光電轉(zhuǎn)換層和背面電極層，所述的光電轉(zhuǎn)換層為銅鋅錫硫薄膜層。太陽光從透明襯底一側(cè)入射。

上述技術(shù)方案中，所述的透明襯底采用玻璃或透明柔性聚合物。

所述的石墨烯為p型或n型，厚度為1至10層。

制備上述的石墨烯/銅鋅硫硒薄膜太陽電池的制造方法，包括如下步驟：在透明襯底上轉(zhuǎn)移石墨烯；直接在石墨烯上生長銅鋅錫硫薄膜作為光電轉(zhuǎn)換層；在銅鋅錫硫?qū)由现谱鞅趁骐姌O。

在透明襯底上轉(zhuǎn)移石墨烯具體為：采用化學(xué)氣相沉積法或氧化石墨烯還原法制備石墨烯薄膜并用干法或濕法轉(zhuǎn)移至透明襯底上。

直接在石墨烯上生長銅鋅錫硫薄膜作為光電轉(zhuǎn)換層，具體方法為：連續(xù)離子反應(yīng)吸附法、原子層沉積技術(shù)、磁控濺射法、共蒸發(fā)法、混合濺射法或是電子束蒸發(fā)硫化法。

所述背面電極是金、鈀、銀、鈦、鉻、鎳的一種或者幾種的復(fù)合電極。

本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有的有益效果是：

與傳統(tǒng)的銅鋅錫硫太陽電池相比，本發(fā)明的石墨烯/銅鋅錫硫薄膜太陽電池直接在石墨烯上生長銅鋅錫硫材料，由于石墨烯表面呈原子級(jí)平整，與銅鋅錫硫可形成界面質(zhì)量優(yōu)異的異質(zhì)結(jié)，因此可省去正面電極層與緩沖層而將電池結(jié)構(gòu)減少至四層，從而極大地精簡了生產(chǎn)工藝，降低成本；且石墨烯導(dǎo)電性強(qiáng)透光性好，取代正面柵電極可減少電池透光面積損失；本發(fā)明的石墨烯/銅鋅錫硫薄膜太陽電池原材料成本低廉且無毒無害，電池結(jié)構(gòu)及工藝簡單，適于商業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為石墨烯/銅鋅錫硫太陽電池的示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

參照圖1，本發(fā)明的石墨烯/銅鋅錫硫太陽電池自下而上依次有透明襯底1、石墨烯層2、銅鋅錫硫?qū)?、背面電極4。

實(shí)施例1：

1)將石英襯底依次用丙酮，異丙醇和去離子水清洗干凈；

2)將聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)支撐的三層石墨烯轉(zhuǎn)移到石英襯底上，自然干燥后用丙酮溶去PMMA層；

3)采用連續(xù)離子反應(yīng)吸附法生長銅鋅錫硫：取四個(gè)燒杯，分別配制0.1mol/L CuCl₂,0.05mol/L ZnSO₄,0.05mol/L SnCl₄和0.2mol/L C₂H₅NS溶液。將步驟2所得的轉(zhuǎn)移有石墨烯的石英襯底浸入CuCl₂溶液，等待10秒后取出，再浸入ZnSO₄溶液，等待10秒后取出，再浸入SnCl₄溶液，等待10秒后取出，最后浸入C₂H₅NS溶液，等待10秒后取出。至此完成一個(gè)生長循環(huán)，重復(fù)生長循環(huán)50次

4)用電子束蒸發(fā)法在CZTS膜上生長Ni(5nm)/Au(50nm)作為背面電極。

實(shí)施例2：

1)將石英襯底依次用丙酮，異丙醇和去離子水清洗干凈；

2)將聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)支撐的單層石墨烯轉(zhuǎn)移到石英襯底上，自然干燥后用丙酮溶去PMMA層；

3)采用連續(xù)離子反應(yīng)吸附法生長銅鋅錫硫：取四個(gè)燒杯，分別配制0.1mol/L CuCl₂,0.05mol/L ZnSO₄,0.05mol/L SnCl₄和0.2mol/L C₂H₅NS溶液。將步驟2所得的轉(zhuǎn)移有石墨烯的石英襯底浸入CuCl₂溶液，等待10秒后取出，再浸入ZnSO₄溶液，等待10秒后取出，再浸入SnCl₄溶液，等待10秒后取出，最后浸入C₂H₅NS溶液，等待10秒后取出。至此完成一個(gè)生長循環(huán)，重復(fù)生長循環(huán)80次.

4)用電子束蒸發(fā)法在CZTS膜上生長Cr(5nm)/Au(50nm)作為背面電極。

實(shí)施例3：

1)將石英襯底依次用丙酮，異丙醇和去離子水清洗干凈；

2)將聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)支撐的雙層石墨烯轉(zhuǎn)移到石英襯底上，自然干燥后用丙酮溶去PMMA層；

3)采用連續(xù)離子反應(yīng)吸附法生長銅鋅錫硫：取四個(gè)燒杯，分別配制0.1mol/L CuCl₂,0.05mol/L ZnSO₄,0.05mol/L SnCl₄和0.2mol/L C₂H₅NS溶液。將步驟2所得的轉(zhuǎn)移有石墨烯的石英襯底浸入CuCl₂溶液，等待10秒后取出，再浸入ZnSO₄溶液，等待10秒后取出，再浸入SnCl₄溶液，等待10秒后取出，最后浸入C₂H₅NS溶液，等待10秒后取出。至此完成一個(gè)生長循環(huán)，重復(fù)生長循環(huán)80次

4)用電子束蒸發(fā)法在CZTS膜上生長Ti(5nm)/Au(50nm)作為背面電極。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述并不能理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下所做出的若干變形和改進(jìn)，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)該以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。