本發(fā)明涉及一種太陽能電池及其制備方法，尤其涉及一種二維材料增強(qiáng)的太陽能電池及其制備方法，屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來，能源問題作為一個日益顯著的問題，引起了研究和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。其中，太陽能發(fā)電作為有前景的潔凈新能源對人類社會的可持續(xù)發(fā)展將發(fā)揮著極其重要的作用，因此吸引了越來越多研究人員的參與，可以廣泛應(yīng)用于航空、民用以及軍事領(lǐng)域。目前商業(yè)化的太陽能電池產(chǎn)品中，晶體硅(單晶和多晶)太陽能電池的市場份額最大，一直保持在85％以上的市場占有率。

硅晶太陽能電池具有諸多優(yōu)勢，其研究與生產(chǎn)也已經(jīng)相對穩(wěn)定和成熟，光電轉(zhuǎn)換效率較高，在未來的一段時間內(nèi)新能源包括光伏發(fā)電的巨大需求將會促使硅晶太陽能電池產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展的勢頭依然保持強(qiáng)勁。盡管硅晶太陽能電池具有諸多優(yōu)勢，但硅材料成本還是相對較高，這使其在價格方面處于較為不利的地位。同時，新一代的各種太陽能電池(有機(jī)太陽能電池、敏化太陽能電池、石墨烯異質(zhì)結(jié)太陽能電池、薄膜太陽能電池等)也在迅猛發(fā)展，光電轉(zhuǎn)換效率迅速提高，成本進(jìn)一步降低，也對硅晶太陽能電池的地位提出了挑戰(zhàn)。因此，為提升硅晶太陽能電池的競爭力，提高其光電轉(zhuǎn)換效率是其中一種最為直接的方式。另外一方面，二維半導(dǎo)體材料的研究表明二維半導(dǎo)體的內(nèi)量子效率可以達(dá)到90％以上，表明二維半導(dǎo)體材料可以成為很好的下轉(zhuǎn)換材料。二維碳化硅和二維二硫化鉬隨著層數(shù)減小，逐漸成為直接禁帶半導(dǎo)體，熒光效率也隨之提升。單層二硫化鉬的能帶為1.8ev，單層碳化硅的能帶為2.5ev，都為直接禁帶半導(dǎo)體，因此二維碳化硅和二維二硫化鉬可以成為很好的下轉(zhuǎn)換材料。由于二維碳化硅的合成實現(xiàn)不久(專利zl201410511422.5)，關(guān)于二維碳化硅在下轉(zhuǎn)換材料提升太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的報導(dǎo)還沒有，本發(fā)明首次在硅晶太陽能電池中引入二維二硫化鉬、二維碳化硅等具有下轉(zhuǎn)換效應(yīng)的二維材料層，可以提高太陽能電池對紫外光的吸收利用率，有助于提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種光電轉(zhuǎn)換效率極高且制備工藝簡單的二維材料增強(qiáng)太陽能電池及其制備方法。

本發(fā)明的采用二維材料增強(qiáng)的太陽能電池結(jié)構(gòu)，是在已成型太陽能電池的絕緣減反層上增設(shè)有下轉(zhuǎn)換材料層，所述的下轉(zhuǎn)換材料層為二維碳化硅、二維二硫化鉬中一種或幾種混合的二維材料層。其中，所述的二維材料層即厚度僅幾個原子層的薄膜層，通常厚度不超過100nm；所述的二維碳化硅為超薄碳化硅材料，即厚度為5nm以下，其制備方法可參考zl201410511422.5，所述的二維二硫化鉬為單層或幾個原子層的二硫化鉬薄膜，可采用微機(jī)械剝離法、鋰離子插層剝離法、液相超聲剝離法、水熱法以及化學(xué)氣相沉積法等多種方法獲得。

上述技術(shù)方案中，所述的已成型太陽能電池為硅晶太陽能電池。行業(yè)中現(xiàn)有的硅晶太陽能電池其結(jié)構(gòu)通常包括自下而上依次設(shè)置的背電極、制有p-n結(jié)的晶體硅片、絕緣減反層、正電極；可以是單晶硅太陽電池也可以是多晶硅電池；

本發(fā)明的太陽電池即是在硅晶太陽電池的制備過程中，在制作電極前，先在絕緣減反層上增設(shè)一層二維的下轉(zhuǎn)換材料層，所述的下轉(zhuǎn)換材料層是通過旋涂、浸泡或者噴淋前驅(qū)體溶液的方式附著在絕緣減反層上。

上述前驅(qū)體溶液為二維碳化硅、二維二硫化鉬中的一種或多種在水、乙醇或異丙醇(ipa)中形成的分散液。

所述的絕緣減反層為氧化鋁、氮化硅、二氧化硅中的一種；生長的方式為等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(pecvd)、磁控濺射、熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)或原子層沉積(ald)中的一種。

在太陽能電池制備過程中，獲得絕緣減反層后，先旋涂、浸泡或噴淋前驅(qū)體溶液，烘干后在絕緣減反層上獲得下轉(zhuǎn)換材料層，再進(jìn)行后續(xù)電極制備及燒結(jié)。

如在制備硅晶太陽能電池時：

將成品晶體硅片經(jīng)過傳統(tǒng)的清洗、制絨、擴(kuò)散制結(jié)、刻蝕，再用磁控濺射、熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)、ald或者pecvd方法制備一層絕緣減反層，可以是氧化鋁、二氧化硅、氮化硅中的一種，然后在該絕緣減反層上旋涂或者噴淋上前驅(qū)體溶液，亦或?qū)⑸鲜鼋^緣減反層表面浸入前驅(qū)體溶液中再取出；烘干，最后將電極(背面電極、鋁背場和正電極)印刷及烘干、燒結(jié)制備成硅晶太陽能電池。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果是：

與傳統(tǒng)的太陽能電池相比，在太陽能電池結(jié)構(gòu)中引入下轉(zhuǎn)換層，利用二維碳化硅、二維二硫化鉬材料的下轉(zhuǎn)換效應(yīng)，可以將太陽光中的紫外光波段降低到可見光波段以提供太陽能電池吸收，進(jìn)而提高太陽能電池對紫外光和可見光的整體吸收利用率，有助于提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。且其制備工藝簡單，易于實現(xiàn)，只需在現(xiàn)有的制備工藝上做少量改動實現(xiàn)。

附圖說明

圖1為二維材料增強(qiáng)硅晶太陽能電池的結(jié)構(gòu)截面示意圖；

圖2為二維碳化硅的pl曲線。

圖3為加入二維材料之后硅晶太陽能電池的電流－電壓曲線對比圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

本發(fā)明的太陽能電池結(jié)構(gòu)，是在傳統(tǒng)硅晶太陽能電池的制備過程中，在絕緣減反層上增設(shè)一層下轉(zhuǎn)換材料層，所述的下轉(zhuǎn)換材料層為二維碳化硅、二維二硫化鉬中一種或幾種混合的二維材料層。參照圖1，本發(fā)明的硅晶太陽能電池其結(jié)構(gòu)自下而上包括電池背電極1、制有p-n結(jié)的晶體硅片2、絕緣減反層3、二維材料層4以及電池正電極5。其中二維材料中的二維碳化硅的pl曲線如圖2所示，在絕緣層上附著二維材料層，在光照情況下二維材料層吸收紫外光波段并將其轉(zhuǎn)換為可見光輸出到硅晶太陽能電池中。硅晶太陽能電池對可見光和紫外光波段的太陽光吸收效率更高，進(jìn)而提高硅晶太陽能電池轉(zhuǎn)換效率0.2％以上，如圖3所示太陽能電池的開壓與短路電流有了顯著的提高，提高了太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

實施例1：

1)將成品多晶硅晶體硅片經(jīng)過傳統(tǒng)的清洗、制絨、擴(kuò)散制結(jié)、刻蝕工藝；

2)將所得的晶體硅片用pecvd方法制備一層氮化硅絕緣減反層，厚度為100nm；

3)然后在絕緣減反層上旋涂二維碳化硅的乙醇分散液并烘干，所述的二維碳化硅的乙醇分散液；

4)最后將電極(背面銀電極、鋁背場和正面銀電極)印刷及烘干、燒結(jié)制備成硅晶太陽能電池。

在兩個電極間加光照，通過測試其電流－電壓曲線得到光電轉(zhuǎn)換效率，加二維碳化硅前后的電流－電壓曲線如圖3所示。對于絕緣層上沒有二維碳化硅的太陽能電池，測試得到轉(zhuǎn)換效率為18.8％。對于絕緣層上有二維碳化硅下轉(zhuǎn)換層的太陽能電池，轉(zhuǎn)換效率為19.1％。也就是說，本發(fā)明通過增設(shè)二維碳化硅下轉(zhuǎn)換層將太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率可以穩(wěn)定提高了0.3％。

實施例2：

1)將成品單晶硅晶體硅片經(jīng)過傳統(tǒng)的清洗、制絨、擴(kuò)散制結(jié)、刻蝕工藝；

2)將所得的晶體硅片用pecvd方法制備一層氮化硅絕緣減反層，厚度為500nm；

3)然后在絕緣層上噴淋二維碳化硅的去離子水分散液并烘干；

4)最后將電極(背面銀電極、鋁背場和正面銀電極)印刷及烘干、燒結(jié)制備成硅晶太陽能電池。

實施例3：

1)將成品多晶硅晶體硅片經(jīng)過傳統(tǒng)的清洗、制絨、擴(kuò)散制結(jié)、刻蝕工藝；

2)將所得的晶體硅片用電子束蒸發(fā)方法制備一層氧化鋁絕緣減反層，厚度為500nm；

3)然后在絕緣層上噴淋二維二硫化鉬的乙醇分散液并烘干；

4)最后將電極(背面銀電極、鋁背場和正面銀電極)印刷及烘干、燒結(jié)制備成硅晶太陽能電池。

實施例4：

1)將成品單晶硅晶體硅片經(jīng)過傳統(tǒng)的清洗、制絨、擴(kuò)散制結(jié)、刻蝕工藝；

2)將所得的晶體硅片用ald方法制備一層氧化鋁絕緣減反層，厚度為500nm；

3)然后將絕緣減反層表面浸泡于二維二硫化鉬的去離子水溶液中，取出后烘干；

4)最后將電極(背面銀電極、鋁背場和正面銀電極)印刷及烘干、燒結(jié)制備成硅晶太陽能電池。

實施例5：

1)將成品多晶硅晶體硅片經(jīng)過傳統(tǒng)的清洗、制絨、擴(kuò)散制結(jié)、刻蝕工藝；

2)將所得的晶體硅片用磁控濺射方法制備一層氧化鋁絕緣減反層，厚度為500nm；

3)然后將絕緣減反層表面浸泡于二維碳化硅的乙醇分散液中，取出后烘干；

4)最后將電極(背面銀電極、鋁背場和正面銀電極)印刷及烘干、燒結(jié)制備成硅晶太陽能電池。

實施例6：

1)將成品單晶硅晶體硅片經(jīng)過傳統(tǒng)的清洗、制絨、擴(kuò)散制結(jié)、刻蝕工藝；

2)將所得的晶體硅片用熱蒸發(fā)方法制備一層氧化硅絕緣減反層，厚度為300nm；

3)然后在絕緣層上旋涂二維二硫化鉬與二維碳化硅以摩爾比1:1混合的乙醇分散液并烘干；

4)最后將電極(背面銀電極、鋁背場和正面銀電極)印刷及烘干、燒結(jié)制備成硅晶太陽能電池。

本發(fā)明的著重利用二維碳化硅和二維二硫化鉬來提升硅晶太陽能電池轉(zhuǎn)換效率，只需要在經(jīng)過傳統(tǒng)的清洗、制絨、擴(kuò)散制結(jié)、刻蝕工藝、絕緣層制備后的硅片上附著一層二維材料層，然后制備背電極和正電極，在光照情況下二維材料層吸收紫外光波段并將其轉(zhuǎn)換為可見光輸出到硅晶太陽能電池中。硅晶太陽能電池對可見光波段的太陽光吸收效率更高，且二維碳化硅和二維二硫化鉬有很好的下轉(zhuǎn)換性能，提高硅晶太陽能電池對紫外光的整體吸收利用率，有助于提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。